KR100636819B1 - A vector-control apparatus for a parallel induction motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 병렬 유도전동기의 벡터제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토크 및 자속지령을 직류의 토크전류와 자속분 전류로 변환시켜 주는 토크 및 자속지령/전류 변환부와; 상기 토크 및 자속지령/전류 변환부에서 출력되는 토크 및 자속분 전류값과 동기좌표 변환부에서 출력되는 실제 토크 및 자속분 전류값의 차를 구하는 제 1 및 제 2 감산기와; 상기 제 1 및 제 2 감산기에서 출력되는 토크 및 자속분 전류 차신호를 입력받아 비례적분미분을 통해 고정자 전압을 산출하는 PID 제어기와; 상기 PID 제어기에서 출력되는 고정자의 직류전압 지령치를 교류전압 지령치로 변환하는 정지좌표 변환부와; 상기 정지좌표 변환부에서 출력되는 2상의 교류전압 지령치를 3상으로 변환시켜 주는 2/3상 변환부와; 상기 2/3상 변환부의 출력전압을 펄스 폭 변조시켜 병렬로 연결된 상태에 있는 수개의 유도전동기를 구동시켜 주는 펄스 폭 변조형 인버터와; 상기 인버터에서 3상으로 출력되는 전류를 2상으로 변환시켜 주는 3/2상 변환부와; 상기 3/2상 변환부에서 출력되는 전류를 회전자 각속도에 근거하여 실제 토크 및 자속분 교류 전류로 변환시켜 주는 동기좌표 변환부와; 상기 토크 및 자속지령/전류 변환부에서 출력되는 토크 및 자속분 전류를 미분하는 제 1 및 제 2 미분기와; 상기 토크 및 자속지령/전류 변환부에서 출력되는 토크 및 자속분 전류와 제 1 및 제 2 미분기를 통해 미분된 토크 및 자속분 전류의 미분값 및 상기 PID 제어기에서 출력되는 고정자의 직류전압 지령치를 근거로 정해진 수식을 통해 동기각속도를 계산하는 동기각속도 계산부와; 상기 동기각 속도 계산부에서 출력되는 회전자의 동기각속도를 적분하여 회전자 자속각을 산출해 내는 적분기로 구성한 것이다.The present invention relates to a vector control apparatus for a parallel induction motor, and more particularly, a torque and magnetic flux command / current converting unit for converting torque and magnetic flux commands into a direct current torque and a magnetic flux current; First and second subtractors for obtaining a difference between the torque and flux current value output from the torque and flux command / current converter and the actual torque and flux current value output from the synchronous coordinate converter; A PID controller which receives the torque and flux current difference signals output from the first and second subtractors and calculates a stator voltage through a proportional integral derivative; A stationary coordinate converter for converting the DC voltage command value of the stator output from the PID controller into an AC voltage command value; A 2/3 phase conversion unit for converting the two-phase AC voltage command value output from the still coordinate conversion unit into three phases; A pulse width modulated inverter for driving several induction motors connected in parallel by pulse width modulating the output voltage of the 2/3 phase converter; A 3/2 phase converter for converting the current output from the inverter into three phases into two phases; A synchronous coordinate converter converting the current output from the 3/2 phase converter into an actual torque and magnetic flux alternating current based on the rotor angular velocity; First and second differentiators for differentiating torque and magnetic flux current output from the torque and magnetic flux command / current converter; On the basis of the torque and the magnetic flux current output from the torque and the magnetic flux command / current converter, the derivative value of the torque and magnetic flux current differentiated through the first and second differentiators, and the DC voltage command value of the stator output from the PID controller. Synchronous angular velocity calculation unit for calculating the synchronous angular velocity through the formula determined by; The integrator is configured to calculate the rotor magnetic flux angle by integrating the synchronous angular velocity of the rotor output from the synchronous angular velocity calculator.
따라서, 병렬 유도전동기 벡터제어 운전시 토크제어 운전의 경우 전동기에 속도센서를 추가적으로 취부하는데 요구되는 비용이 절감될 수 있고, 속도센서를 취부하지 않으므로 속도센서 불량이나 정밀도 오차영향을 제거할 수 있으며, 회전자 저항 상수를 사용하지 않음으로 전동기의 온도 변화에 무관하게 병렬 유도전동기들을 제어할 수 있는 것이다.Therefore, in case of torque control operation in parallel induction motor vector control operation, the cost required for additionally installing the speed sensor to the motor can be reduced, and since the speed sensor is not installed, the influence of the speed sensor or the precision error can be eliminated. By not using the rotor resistance constant, the parallel induction motors can be controlled regardless of the temperature change of the motor.
유도전동기, 벡터제어, 동기각속도, 회전자 자속각Induction Motor, Vector Control, Synchronous Angular Speed, Rotor Magnetic Angle
Description
도 1은 유동전동기의 병렬제어를 위한 종래 간접 벡터제어장치의 블럭 구성도.1 is a block diagram of a conventional indirect vector control device for parallel control of a flow motor.
도 2는 본 발명 장치의 블럭 구성도.2 is a block diagram of an apparatus of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 토크 및 자속지령/전류 변환부 2,3 : 제 1 및 제 2 감산기1: Torque and magnetic flux command /
4,5 : PID 제어기 6 : 정지좌표 변환부4,5: PID controller 6: Stop coordinate converter
7 : 2/3상 변환부 8 : 펄스 폭 변조형 인버터7: 2/3 phase conversion unit 8: Pulse width modulation type inverter
9 : 3/2상 변환부 10 : 동기좌표 변환부9: 3/2 phase conversion unit 10: Synchronous coordinate conversion unit
14 : 적분기 15,16 : 제 1 및 제 2 미분기14:
17 : 동기각속도 계산부17: synchronous angular velocity calculation unit
본 발명은 병렬 유도전동기의 벡터제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전자 저항값이나 고정자 저항값 및 전동기 속도를 사용하지 않고 회전자 자속각을 구하는 제어방법을 채택하여 병렬 유도전동기 벡터제어 운전시 토크제어 운전의 경우 전동기에 속도센서를 추가적으로 취부하는데 요구되는 비용을 절감할 수 있도록 함과 동시에 속도센서 불량이나 정밀도 오차 영향을 제거할 수 있도록 발명한 것이다.The present invention relates to a vector control apparatus for a parallel induction motor, and more particularly, to adopting a control method for obtaining a rotor magnetic flux angle without using a rotor resistance value, a stator resistance value and a motor speed, a parallel induction motor vector control operation. In the case of the time torque control operation, the invention was invented to reduce the cost required to additionally install the speed sensor to the motor and to remove the influence of the speed sensor defect or precision error.
일반적으로 벡터제어기법은 유도전동기의 회전자 자속각을 알아내고 이를 통해 고정자 전류를 자속성분과 토크성분으로 분리, 독립제어 함으로써 유도전동기를 직류전동기와 같은 정도의 높은 제어응답 특성을 갖게 하는 것이다. In general, the vector control technique finds the rotor flux angle of the induction motor, and separates the stator current into the magnetic flux component and torque component, and independently controls the induction motor to have the same high control response characteristics as the DC motor.
이와 같은 벡터제어방식에서는 회전자 자속각을 구하는 방식에 따라 직접 벡터제어와 간접벡터제어로 크게 구분되고 있다. In such a vector control method, direct vector control and indirect vector control are largely classified according to the method of obtaining the rotor magnetic flux angle.
회전자 자속각을 직접 측정할 경우, 홀센서나 자속측정코일을 통하여 회전자자속의 정보를 얻게 되나, 이 경우 슬롯리플과 자기 통로의 포화에 의해 측정자속이 왜곡되고, 저속에서 자속측정이 부정확하고, 홀센서 등의 장착이 쉽지 않은 문제 때문에 자속관측기를 구성하거나 슬립속도를 계산하고 여기에 전동기 속도를 더하여 적분하는 식의 간접적인 방식이 널리 사용되고 있다. When measuring the rotor flux angle directly, the information of the rotor flux is obtained through the Hall sensor or the flux measurement coil.In this case, the magnetic flux is distorted due to the saturation of the slot ripple and the magnetic path, and the magnetic flux measurement is inaccurate at low speed. Due to the problem that the installation of the hall sensor and the like is not easy, an indirect method of integrating a flux detector or calculating a slip speed and integrating the motor speed is widely used.
간접벡터의 경우 슬립속도와 전동기의 속도를 필요로 하게 되는데 일괄제어 방식에 의해 병렬 구동되는 경우 모터간 부하 불균형, 미끄럼 현상 등에 의해 모터간의 속도차이가 발생 할 수 있다. In the case of the indirect vector, the slip speed and the speed of the motor are required. When parallel driving is performed by the batch control method, the speed difference between the motors may occur due to the load imbalance between the motors and the sliding phenomenon.
이 경우 기준 모터의 속도를 계산하는 방식에 의해서 회전자 자속각 계산이 정확히 수행되지 않아 벡터제어가 적절히 수행되지 않고 이에 따라 전체 시스템이 불안정해질 수 있는 것이다. In this case, since the rotor flux angle calculation is not performed correctly by the method of calculating the speed of the reference motor, vector control may not be performed properly, and thus the entire system may become unstable.
우선 유도전동기 모델은 회전좌표축 등가회로에서 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.First of all, the induction motor model In an equivalent circuit, it can be expressed as
(식 1) (Equation 1)
(식 2) (Equation 2)
(식 3) (Equation 3)
(식 4) (Equation 4)
(식 5) (Eq. 5)
(식 6) (Equation 6)
(식 7) (Eq. 7)
(식 8) (Eq. 8)
여기서, : 동기 각속도, : 회전자 각속도, here, Synchronous angular velocity, : Rotor angular velocity,
, : q축, d축 고정자 전압, , : q축, d축 회전자 전압, , : q-axis, d-axis stator voltage, , : q-axis, d-axis rotor voltage,
, : q축, d축 고정자 전류, , : q축, d축 회전자 전류 , : q-axis, d-axis stator current, , : q-axis, d-axis rotor current
, : q축, d축 고정자 자속, , : q축, d축 회전자 자속 , : q-axis, d-axis stator flux, , : q-axis, d-axis rotor flux
, : 고정자 저항, : 회전자 저항, ,: Stator resistance, : Rotor resistance,
: 고정자 인덕턴스, : 회전자 인덕턴스, : 상호인덕터스 이다. Stator inductance, : Rotor inductance, : Mutual inductance.
그런데 종래 유동전동기의 병렬제어를 위한 종래 간접 벡터제어장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 토크 및 자속지령을 직류의 토크전류와 자속분 전류로 변환시켜 주는 토크 및 자속지령/전류 변환부(1)와; 상기 토크 및 자속지령/전류 변환부(1)에서 출력되는 토크 및 자속분 전류값과 동기좌표 변환부(10)에서 출력되는 실제 토크 및 자속분 전류값의 차를 구하는 제 1 및 제 2 감산기(2)(3)와; 상기 제 1 및 제 2 감산기(2)(3)에서 출력되는 토크 및 자속분 전류 차신호를 입력받아 비례적분미분을 통해 고정자 전압을 산출하는 PID(Proportional Integral Differential) 제어기(4)(5)와; 상기 PID 제어기(4)(5)에서 출력되는 고정자의 직류전압 지령치를 교류전압 지령치로 변환하는 정지좌표 변환부(6)와; 상기 정지좌표 변환부(6)에서 출력되는 2상의 교류전압 지령치를 3상으로 변환시켜 주는 2/3상 변환부(7)와; 상기 2/3상 변환부(7)의 출력전압을 펄스 폭 변조시켜 병렬로 연결된 상태에 있는 수개의 유도전동기(IM1-IMn)를 구동시켜 주는 펄스 폭 변조형(PWM) 인버터(8)와; 상기 인버터(8)에서 3상으로 출력되는 전류를 2상으로 변환시켜 주는 3/2상 변환부(9)와; 상기 3/2상 변환부(9)에서 출력되는 전류를 회전자 각속도에 근거하여 실제 토크 및 자속분 교류 전류로 변환시켜 주는 동기좌표 변환부(10)와; 상기 토크 및 자속지령/전류 변환부(1)에서 출력되는 토크 및 자속분 전류를 근거하여 유도전동기의 회전자와 내부의 전기적인 자속의 미끄러짐 정도를 산출하는 슬립속도 계산부(11)와; 상기한 수개의 유도전동기(IM1-IMn)의 평균속도를 산출하는 기준속도 계산부(12)와; 상기 상기 슬립속도 계산부(11)와 기준속도 계산부(12)의 출력값을 합산하여 동기각속도()를 산출하는 가산기(13)와; 상기 가산기(13)에서 출력되는 회전자의 동기각속도를 적분하여 회전자 자속각()을 산출해 내는 적분기(14)로 구성되어 있다.However, the conventional indirect vector control apparatus for parallel control of the conventional motor is a torque and magnetic flux command / current converter (1) for converting the torque and the magnetic flux command to the torque current and magnetic flux current of the direct current as shown in FIG. Wow; First and second subtractors for obtaining a difference between the torque and the magnetic flux current value output from the torque and the magnetic flux command /
이와 같이 구성된 종래 간접벡터 제어에서 회전자 자속각을 추정하는 방법은 다음과 같다. The method of estimating the rotor flux angle in the conventional indirect vector control configured as described above is as follows.
식(5), (6)에서 회전자 전류,, 는Rotor current in equations (5) and (6), , Is
(식 9) (Eq. 9)
(식 10) (Eq. 10)
위 식(3), (4)에서 회전자전류 , 를 제거하기 식(9), (10)을 대입하면,Rotor current in equations (3) and (4) above , If you substitute equations (9) and (10),
(식 11) (Eq. 11)
(식 12) (Eq. 12)
여기서 here
토크성분 전류와 자속성분 전류를 분류하기 위한 비간섭 제어시 조건식은 The conditional equation for non-interference control to classify torque component current and magnetic flux component current is
, , (식 13) , , (Eq. 13)
이다. 식(12)에서 비간섭 조건식(13)를 이용하여 식(14)를 얻고 to be. In Eq. (12), Equation (14) is obtained using the non-interfering condition Equation (13).
(식 14) (Eq. 14)
식(11)에서 비간섭 조건식인 식(13)를 이용하면 슬립속도계산 식(15)을 얻는다.Using equation (13) which is a non-interference conditional expression in equation (11), the slip speed calculation equation (15) is obtained.
(식 15) (Eq. 15)
슬립속도 식(15)을 다시 정리하면If we reorganize the slip speed equation (15)
(식 16) (Eq. 16)
기준속도 계산부(12)에서 전동기 기준 회전속도의 계산은 연결된 전동기 속도의 평균In the reference
(식 17) (Eq. 17)
여기서 n은 병렬 연결된 전동기 수이다.Where n is the number of motors connected in parallel.
가산기(13)에서 구해지는 회전각 각속되는 식(18)과 같이 슬립속도 더하기 전동기 기준 회전속도 식(17)에 의해 구한다. It is calculated | required by slip speed plus motor reference rotational speed formula (17) like the rotation angle angular formula (18) calculated | required by the adder (13).
(식 18) (Eq. 18)
최종적으로 적분기(14)를 거쳐 적분된 회전자 자속각은 식(19)와 같이 구한다.Finally, the rotor flux angle integrated through the
(식 19) (Eq. 19)
도 1의 자속관계식의 자속전류 지령()은 비간섭 제어시 조건으로 정리한 자속전류는 식(4)와 같이 주어진다.Magnetic flux current command of the magnetic flux relation equation of FIG. ) Is given by equation (4).
(식 20) (Eq. 20)
정격자속은Rated flux
(식 21) (Eq. 21)
여기서 는 전동기 정격전압, 는 정격주파수이다.here Motor rated voltage, Is the rated frequency.
도 1의 토크 관계식에서 토크전류 지령()Torque current command in the torque relationship equation of FIG. )
(식 22) (Eq. 22)
(식 23) (Eq. 23)
도 1의 고정자전류 지령Stator current command of Fig. 1
적분기(14)에서 로 주어지는 자속각은 직교 단위벡터인 와 의 연산에 사용된다. 고정자전압 지령치는 다음 식에 의하여 동기회전 좌표계에서 정지좌표 변환부(6)를 통해 정지 좌표계로 변환된다.In integrator (14) The flux angle given by is orthogonal unit vector Wow Used to compute. The stator voltage command value is converted into the stationary coordinate system through the stationary coordinate converting
(식 24) (Eq. 24)
도 1의 고정자 전압 지령Stator voltage command of Fig. 1
고정자 전류 지령치와 전동기의 고정자 전류의 오차는 비례적분기를 사용해 고정자전압 지령치 연산에 사용된다.The difference between the stator current setpoint and the stator current of the motor is used to calculate the stator voltage setpoint using proportional integrators.
(식 25) (Eq. 25)
여기서, : 적분이득, : 비례이득이다.here, : Integral gain, : Proportional gain.
한편, 고정자 전류 지령치는 다음식에 의하여 정지 좌표계에서 동기좌표 변환부(10)를 통해 동기 좌표계로 변환된다.On the other hand, the stator current command value is converted into the synchronous coordinate system through the synchronous coordinate
(식 26) (Eq. 26)
도 1의 2/3상 변환부(7)에서 2상을 3상으로 변환 시켜주는 식은The equation for converting two phases to three phases in the two-third-
(식 27) (Eq. 27)
도 1의 3/2상 변환부(9)에서 3상을 2상으로 변환 시켜주는 식은The equation for converting three phases to two phases in the 3/2
(식 28) (Eq. 28)
위의 식(16)은 도 1에서 회전자 자속각을 계산하기 위한 기본식이다. Equation (16) above is a basic equation for calculating the rotor magnetic flux angle in FIG.
이 식(17)에서 회전자 각속도 계산시 슬립속도와 전동기의 속도를 필요로 하게되는데 일괄제어 방식에 의해 병렬 구동되는 경우 모터간 부하불균형, 미끄럼 현상 등에 의해 모터간의 속도차이가 발생할 수 있다. In this equation (17), when calculating the angular speed of the rotor, the slip speed and the speed of the motor are required. When parallel driving is performed by the batch control method, speed differences between the motors may occur due to load imbalance between the motors and slippage.
이 경우 기준 모터의 속도를 계산하는 방식에 의해서 회전자 자속각 계산이 정확히 수행되지 않아 벡터제어가 적절히 수행되지 않고 이에 따라 전체 시스템이 불안정해질 수 있는 것이다.In this case, since the rotor flux angle calculation is not performed correctly by the method of calculating the speed of the reference motor, vector control may not be performed properly, and thus the entire system may become unstable.
이와 같이 유도전동기를 간접벡터제어에서 회전자 자속각을 구할 경우 회전자 저항이나 고정자 저항값에 외에 여러 병렬 모터에서 기준 전동기의 속도에 대한 부정확한 정보나 그 값의 변동이 제어특성을 저하시킬 수 있기 때문에 실제 유도전동기에 벡터제어를 응용할 경우 특히, 운전 중 직접적으로 측정이 불가능한 회전자 저항의 추정 방법을 보강하여 사용하고 있는 실정이다.As described above, when induction motor obtains rotor magnetic flux angle through indirect vector control, inaccurate information about the speed of reference motor or variation of its value in several parallel motors, in addition to rotor resistance and stator resistance, can degrade control characteristics. As a result, when vector control is applied to an actual induction motor, the method of estimating rotor resistance, which cannot be measured directly during operation, is being used.
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이들 회전자 저항값이나 고정자 저항값 및 전동기 속도를 사용하지 않고 회전자 자속각을 구하는 방법을 이용한 병렬벡터제어 방식을 채택하여 병렬 유도전동기 벡터제어 운전시 토크제어 운전의 경우 전동기에 속도센서를 추가적으로 취부하는데 요구되는 비용을 절감할 수 있고, 또 속도센서 불량이나 정밀도 오차 영향을 제거할 수 있는 병렬 유도전동기의 벡터제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such problems in the related art, and adopts a parallel vector control method using a method of obtaining the rotor magnetic flux angle without using the rotor resistance value, the stator resistance value, and the motor speed. In case of torque control operation in induction motor vector control operation, it is possible to reduce the cost required to additionally attach the speed sensor to the motor, and to provide a vector control device for a parallel induction motor that can eliminate the effects of a poor speed sensor or precision error. Its purpose is to.
상기한 본 발명의 목적은, 토크 및 자속지령을 직류의 토크전류와 자속분 전류로 변환시켜 주는 토크 및 자속지령/전류 변환부와; 상기 토크 및 자속지령/전류 변환부에서 출력되는 토크 및 자속분 전류값과 동기좌표 변환부에서 출력되는 실제 토크 및 자속분 전류값의 차를 구하는 제 1 및 제 2 감산기와; 상기 제 1 및 제 2 감산기에서 출력되는 토크 및 자속분 전류 차신호를 입력받아 비례적분미분을 통해 고정자 전압을 산출하는 PID 제어기와; 상기 PID 제어기에서 출력되는 고정자의 직류전압 지령치를 교류전압 지령치로 변환하는 정지좌표 변환부와; 상기 정지좌표 변환부에서 출력되는 2상의 교류전압 지령치를 3상으로 변환시켜 주는 2/3상 변환부와; 상기 2/3상 변환부의 출력전압을 펄스 폭 변조시켜 병렬로 연결된 상태에 있 는 수개의 유도전동기를 구동시켜 주는 펄스 폭 변조형 인버터와; 상기 인버터에서 3상으로 출력되는 전류를 2상으로 변환시켜 주는 3/2상 변환부와; 상기 3/2상 변환부에서 출력되는 전류를 회전자 각속도에 근거하여 실제 토크 및 자속분 교류 전류로 변환시켜 주는 동기좌표 변환부와; 상기 토크 및 자속지령/전류 변환부에서 출력되는 토크 및 자속분 전류를 미분하는 제 1 및 제 2 미분기와; 상기 토크 및 자속지령/전류 변환부에서 출력되는 토크 및 자속분 전류와 제 1 및 제 2 미분기를 통해 미분된 토크 및 자속분 전류의 미분값 및 상기 PID 제어기에서 출력되는 고정자의 직류전압 지령치를 근거로 정해진 수식을 통해 동기각속도를 계산하는 동기각속도 계산부와; 상기 동기각속도 계산부에서 출력되는 회전자의 동기각속도를 적분하여 회전자 자속각을 산출해 내는 적분기로 구성함으로써 달성할 수 있다.
An object of the present invention described above includes a torque and magnetic flux command / current converting unit for converting torque and magnetic flux commands into direct current torque current and magnetic flux current; First and second subtractors for obtaining a difference between the torque and flux current value output from the torque and flux command / current converter and the actual torque and flux current value output from the synchronous coordinate converter; A PID controller which receives the torque and flux current difference signals output from the first and second subtractors and calculates a stator voltage through a proportional integral derivative; A stationary coordinate converter for converting the DC voltage command value of the stator output from the PID controller into an AC voltage command value; A 2/3 phase conversion unit for converting the two-phase AC voltage command value output from the still coordinate conversion unit into three phases; A pulse width modulated inverter for driving several induction motors connected in parallel by pulse width modulating the output voltage of the 2/3 phase converter; A 3/2 phase converter for converting the current output from the inverter into three phases into two phases; A synchronous coordinate converter converting the current output from the 3/2 phase converter into an actual torque and magnetic flux alternating current based on the rotor angular velocity; First and second differentiators for differentiating torque and magnetic flux current output from the torque and magnetic flux command / current converter; On the basis of the torque and the magnetic flux current output from the torque and the magnetic flux command / current converter, the derivative value of the torque and magnetic flux current differentiated through the first and second differentiators, and the DC voltage command value of the stator output from the PID controller. Synchronous angular velocity calculation unit for calculating the synchronous angular velocity through the formula determined by; The integrator can calculate the rotor magnetic flux angle by integrating the synchronous angular velocity of the rotor output from the synchronous angular velocity calculator.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명 장치의 블록 구성도를 나타낸 것이다.Figure 2 shows a block diagram of the device of the present invention.
이에 따르면 본 발명 장치는, 토크 및 자속지령을 직류의 토크전류와 자속분 전류로 변환시켜 주는 토크 및 자속지령/전류 변환부(1)와; According to the present invention, there is provided a torque and magnetic flux command / current converting section (1) for converting torque and magnetic flux commands into a direct current torque current and a magnetic flux current;
상기 토크 및 자속지령/전류 변환부(1)에서 출력되는 토크 및 자속분 전류값과 동기좌표 변환부(10)에서 출력되는 실제 토크 및 자속분 전류값의 차를 구하는 제 1 및 제 2 감산기(2)(3)와; First and second subtractors for obtaining a difference between the torque and the magnetic flux current value output from the torque and the magnetic flux command /
상기 제 1 및 제 2 감산기(2)(3)에서 출력되는 토크 및 자속분 전류 차신호를 입력받아 비례적분미분을 통해 고정자 전압을 산출하는 PID 제어기(4)(5)와; A PID controller (4) (5) for receiving the torque and flux current difference signals output from the first and second subtractors (2) (3) and calculating the stator voltage through proportional integral derivative;
상기 PID 제어기(4)(5)에서 출력되는 고정자의 직류전압 지령치를 교류전압 지령치로 변환하는 정지좌표 변환부(6)와; A stationary coordinate converter (6) for converting a DC voltage command value of the stator output from the PID controller (4) (5) into an AC voltage command value;
상기 정지좌표 변환부(6)에서 출력되는 2상의 교류전압 지령치를 3상으로 변환시켜 주는 2/3상 변환부(7)와; A two-third-phase converter (7) for converting the two-phase AC voltage command value output from the stationary coordinate converter (6) into three-phase;
상기 2/3상 변환부(7)의 출력전압을 펄스 폭 변조시켜 병렬로 연결된 상태에 있는 수개의 유도전동기(IM1-IMn)를 구동시켜 주는 펄스 폭 변조형 인버터(8)와; A pulse width modulated inverter (8) for driving a plurality of induction motors (IM1-IMn) connected in parallel by pulse width modulating the output voltage of the two-third-phase converter (7);
상기 인버터(8)에서 3상으로 출력되는 전류를 2상으로 변환시켜 주는 3/2상 변환부(9)와; A 3/2
상기 3/2상 변환부(9)에서 출력되는 전류를 회전자 각속도에 근거하여 실제 토크 및 자속분 교류 전류로 변환시켜 주는 동기좌표 변환부(10)와;A synchronous coordinate converter (10) for converting the current output from the 3/2 phase converter (9) into an actual torque and magnetic flux alternating current based on the rotor angular velocity;
상기 토크 및 자속지령/전류 변환부(1)에서 출력되는 토크 및 자속분 전류를 미분하는 제 1 및 제 2 미분기(15)(16)와; First and second differentiators (15, 16) for differentiating the torque and the flux component current outputted from the torque and magnetic flux command / current converting section (1);
상기 토크 및 자속지령/전류 변환부(1)에서 출력되는 토크 및 자속분 전류와 제 1 및 제 2 미분기(15)(16)를 통해 미분된 토크 및 자속분 전류의 미분값 및 상기 PID 제어기(4)(5)에서 출력되는 고정자의 직류전압 지령치를 근거로 정해진 수식을 통해 동기각속도()를 계산하는 동기각속도 계산부(17)와; The derivative of torque and magnetic flux current output from the torque and magnetic flux command / current converting
상기 동기각속도 계산부(17)에서 출력되는 회전자의 동기각속도()를 적 분하여 회전자 자속각()을 산출해 내는 적분기(14)로 구성한 것을 특징으로 한다.Synchronous angular velocity of the rotor output from the synchronous angular velocity calculator 17 ) By integrating the rotor flux angle ( It is characterized by consisting of an integrator (14) for calculating a).
이와 같이 구성된 본 발명 장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the device of the present invention configured as described above are as follows.
먼저, 본 발명의 벡터제어장치에서 회전자 자속각 를 추정하는 방법은 다음과 같다.First, the rotor flux angle in the vector control device of the present invention The method of estimating is as follows.
회전좌표축 등가회로에서 고정자측 전압 관계식은Rotary coordinate axis In the equivalent circuit, the relation of stator voltage is
(식 29) (Eq. 29)
(식 30) (Eq. 30)
식(29)에 를 곱하면In equation (29) Multiply by
(식 31) (Eq. 31)
식(30)에 를 곱하면In equation (30) Multiply by
(식 32) (Eq. 32)
고정자측 저항이 포함된 항을 제거하기 위해 식(31)-식(32)을 하면Equation (31) -Equation (32) to remove the term containing the stator side resistance
(식 33) (Eq. 33)
식(33)식을 동기각속도에 대해 정리하면 식(34)식이 된다.Synchronous angular velocity If we sum up, it becomes equation (34).
(식 34) (Eq. 34)
식(34)에서 고정자측 자속을 고정자 전류에 관한 식으로 변환을 위해 정상상태에서 비간섭제어 조건 식(35)를 고려하면 고정자측 자속은 식(36), 식(37)과 같이 정리된다.If the non-interference control condition equation (35) is considered in the steady state for converting the stator side magnetic flux into an equation related to the stator current in equation (34), the stator side magnetic flux is summarized as in equations (36) and (37).
(식 35) (Eq. 35)
(식 36) (Eq. 36)
(식 37) (Eq 37)
따라서 식(34)에 식(36), (37)을 대입함으로써 동기각 속도 식(38)에 의해 동기각속도 계산부(17)에서 구해지게 되는데, 이 때 지령전류, 가 급격히 변하지 않는다면 식(39)와 같이 약식 된다.Therefore, by substituting Eq. (36) and (37) into Eq. , If is not changed rapidly, it is abbreviated as Eq. (39).
(식 38) (Eq. 38)
(식 39) (Eq. 39)
결국 회전자 자속각은 로 구할 수 있다. Rotor flux angle silver Can be obtained as
식(38)에서 볼 수 있듯이 식 자체에 고정자 저항이나 회전자 저항 및 전동기 속도를 볼 수 없음을 알 수 있다.As can be seen in equation (38), it can be seen that the stator resistance, rotor resistance and motor speed cannot be seen in the equation itself.
본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안 된다. This invention can be implemented in other various forms, without deviating from the mind or main characteristic. Therefore, the above-described embodiments are merely examples in all respects and should not be interpreted limitedly.
본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로서, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않고, 다시 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.The scope of the present invention is shown by the scope of the claims, which are not limited by the specification text, and all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명 장치에 따르면, 병렬 유도전동기 벡터제어 운전시 토크제어 운전의 경우 전동기에 속도센서를 추가적으로 취부하는데 요구되는 비용이 절감될 수 있고, 속도센서를 취부하지 않으므로 속도센서 불량 이나 정밀도 오차영향을 제거할 수 있다.According to the present invention as described in detail above, in the case of torque control operation in parallel induction motor vector control operation, the cost required to additionally attach the speed sensor to the motor can be reduced, and the speed sensor is not good because the speed sensor is not installed. The effect of precision errors can be eliminated.
또한, 벡터제어 구조상에서 간접 벡터제어를 이용할 경우 전동기 회전자의 저항을 필요로 하게 되는데, 이 전동기 상수는 직접 측정이 불가능하고 전동기의 온도에 따라 변동하여 벡터제어에 어려움을 주는 요인이 되나, 본 발명 장치에 의하면 이 회전자 저항 상수를 사용하지 않음으로 전동기의 온도 변화에 무관하게 병렬 유도전동기들을 제어할 수 있어 전동기의 벡터제어에 따른 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.
In addition, when indirect vector control is used in the vector control structure, the resistance of the motor rotor is required. This motor constant cannot be directly measured and changes depending on the temperature of the motor, which causes difficulty in vector control. According to the apparatus of the present invention, it is possible to control the parallel induction motors irrespective of the temperature change of the motor by not using the rotor resistance constant, which is a very useful invention.
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