KR100657489B1 - 센서가 부착되지 않은 모터의 기동 판정 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

센서가 부착되지 않은 모터의 정상 기동 판정 방법 및 장치가 개시된다. 이 장치는 모터 구동후 특정 시간이 경과되었는지 판단하는 시간경과판단부, 상기 시간이 경과된 경우 상기 모터의 속도가 특정 속도 이상인지 판단하는 모터속도판단부, 상기 모터의 속도가 특정 속도 이하인 경우 상기 모터에 흐르는 전류가 특정 전류 이상인지 판단하는 전류크기판단부, 상기 모터에 흐르는 전류가 특정 전류 이상인 경우 상기 모터가 비정상적으로 기동된 것으로 판정하는 비정상기동판정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 센서가 구비되지 않은 모터의 구동에 있어서 모터가 구동된 후 특정시간 이후의 모터의 속도, 모터에 인가전류 및 인가전압을 실험적으로 판정한 특정한 값과 비교함으로써 모터의 위치가 정확하게 추정되는 경우 뿐만 아니라, 정확하게 추정되지 않는 경우에도 모터의 정상기동여부를 판정할 수 있는 효과가 있다.

Description

센서가 부착되지 않은 모터의 기동 판정 방법 및 장치{ The method of checking the running state in sensorless motor and apparatus for the same }

도 1은 모터를 포함한 일반적인 인버터 드라이브의 구성을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 센서가 부착되지 않은 모터의 기동 판정 장치를 나타내는 블록도이다.

도 3은 본 발명에 의한 위치 추정이 실패한 경우에도 사용가능한 센서가 부착되지 않은 모터의 기동 판정 장치를 나타내는 블록도이다.

도 4는 본 발명에 의한 본 발명에 의한 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 5는 본 발명에 의한 본 발명에 의한 위치 추정이 실패한 경우에도 사용가능한 센서가 부착되지 않은 모터의 기동 판정 장치를 나타내는 흐름도이다.

도 6은 모터의 일반적인 기동 특성을 도시한 도이다.

도 7은 일반적인 전압벡터도를 도시한 도이다.

본 발명은 모터의 기동 판정 방법에 관한 것으로, 특히 센서가 부착되지 않은 모터에 있어서 모터의 위치 추정이 실패한 경우에도 모터를 시동하고 일정 시간 경과후의 모터 속도, 인가 전류 및 인가 전압 등을 이용하여 모터의 정상적인 기동여부를 판정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 모터를 포함한 일반적인 인버터 드라이브의 구성을 도시한 것이다. 인버터란 모터를 임의의 속도로 운전하기 위해 주파수를 가변시킬 수 있도록 한 전원장치로서, 도시된 바와 같이 현재 대부분의 인버터는 Power소자와 게이트(Gate) 회로부, 그리고 과전류 보호회로를 모듈화한 파워모듈을 사용하고 있다. 인버터 유도기는 그 특성상 위치 및 속도 추정이 없는 개루프(Open Loop) 형태의 V/F(Voltate/Frequecy) 전압 제어를 적용하며 사용되는 보호회로에는 파워소자가 갖는 과전류 보호회로가 있다.

그러나 이 전류보호회로의 경우 파워 소자의 보호가 주목적이므로 사용되는 보호회로의 동작레벨이 상당히 높은 상태에서 사용되게 된다. 즉 과전류 보호 회로의 동작 레벨 이하의 전류라도 과대한 전류가 흐를 경우에는 모터가 소손될 우려가 있으며 특히 기동 실패시, 모터의 특성상 속도 추정이 없는 상태에서 기동 실패를 판정하기 어렵게 된다. 반면 과전류 보호 회로의 동작 레벨을 상당히 내릴 경우에는 정상적인 경우에도 이를 보호회로 동작 레벨로 판정하는 오류가 있을 수 있다.

따라서 파워 소자의 보호 목적이 아닌 모터 보호를 위한 보호 회로가 필요하 게 된다.

센서를 부착하지 않은 모터의 경우 대부분 위치나 속도를 검출하지 않고 V/F(Voltate/Frequecy) 전압 제어를 사용하여 전압을 개루프(Open Loop) 형태로 인가하고 있기 때문에 모터의 기동이 실패한 경우에도 이를 검지하지 못하고 심한 경우 모터가 소손되기도 한다. 따라서 위치 추정에 실패한 경우에도 모터의 비정상적인 구동여부를 판정할 수 있는 방법이 필요하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 센서가 구비되지 않은 모터의 구동에 있어서 모터의 위치가 정확하게 추정되는 경우 뿐만 아니라, 정확하게 추정되지 않는 경우에도 모터의 정상기동여부를 판정할 수 있도록 하기 위하여, 모터가 구동된 후 특정시간 이후의 모터의 속도, 모터에 인가전류 및 인가전압을 실험적으로 판정한 특정한 값과 비교함으로써 모터의 정상기동 여부를 판정하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한, 센서가 부착되지 않은 모터의 기동 판정 장치는 모터 구동후 특정 시간이 경과되었는지 판단하는 시간경과판단부, 상기 시간이 경과된 경우 상기 모터의 속도가 특정 속도 이상인지 판단하는 모터속도판단부, 상기 모터의 속도가 특정 속도 이하인 경우 상기 모터에 흐 르는 전류가 특정 전류이상인지 판단하는 전류크기판단부, 상기 모터에 흐르는 전류가 특정 전류 이상인 경우 상기 모터가 비정상적으로 기동된 것으로 판정하는 비정상기동판정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한, 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정방법은 모터 구동후 특정 시간이 경과되었는지 판단하는 단계, 상기 시간이 경과된 경우 상기 모터의 속도가 특정 속도 이상인지 판단하는 단계, 상기 모터의 속도가 특정 속도 이하인 경우 상기 모터에 흐르는 전류가 특정 전류 이상인지 판단하는 단계, 상기 모터에 흐르는 전류가 특정 전류 이상인 경우 상기 모터가 비정상적으로 기동된 것으로 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 센서가 부착되지 않은 모터의 기동 판정 방법 및 장치를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 센서가 부착되지 않은 모터의 기동 판정 장치를 나타내는 블록도이다. 도시된 바에 따른 센서가 부착되지 않은 모터의 기동 판정 장치는 시간경과판단부(200), 모터속도판단부(210), 전류크기판단부(220), 비정상기동판정부(230), 정상기동판정부(240)를 포함하여 이루어진다.

상기 시간경과판단부(200)는 모터가 구동된 이후 특정 시간이 경과되었는지 판단한다. 모터가 구동된 시점으로부터 특정 시간 경과 후 일정전류이하에서 특정속도에 도달하였는지를 판단하여 기동성공여부를 쉽게 판단할 수 있기 때문이다.

상기 모터속도판단부(210)는 상기 시간이 경과된 경우 상기 모터의 속도가 특정 속도 이상인지 판단한다.

도 6은 모터의 일반적인 기동 특성을 도시한 것이다. 도 6을 참조하면 대부분의 부하에서 실제 사용되는 속도영역은 0부터가 아닌 일정 속도 이상이 된다. 예를 들면 에어컨 등에 사용되는 컴프레서(Compressor) 부하의 경우 빈번한 기동보다는 한번 기동후의 일정 속도 이상에서 가속 또는 변속을 하는 부하이다. 따라서 그 이하의 영역은 초기 가속을 위한 과도상태에서만 존재하게 된다. 이와 같은 부하에서 정상적인 상태에서의 최대가속시간과 최대필요전류가 정해질 수 있다. 따라서 특정 시간 경과 후 일정전류이하에서 특정속도에 도달하였는지 판단하여 기동성공여부를 판단할 수 있다.

상기 전류크기판단부(220)는 상기 모터의 속도가 특정 속도 이하인 경우 상기 모터에 흐르는 전류가 특정 전류 이상인지 판단한다. 이 때 특정 전류와 상기 특정 시간은 실험적으로 모터의 최대전류 허용 이내에서 감당할 수 있는 최대부하를 건 상태로 특정 속도까지 도달하는 시간을 측정하면 구할 수 있다.

상기 비정상기동판정부(230)는 상기 모터에 흐르는 전류가 특정 전류 이상인 경우 상기 모터가 비정상적으로 기동된 것으로 판정한다.

도 2를 참조하면 상기 비정상기동판정부(230)는 기동실패카운트부(232)와 기동실패출력부(234)로 이루어짐이 바람직하다.

상기 기동실패카운트부(232)는 상기 모터에 흐르는 전류가 특정 전류 이상이면 기동실패카운트를 증가시킨다.

상기 기동실패출력부(234)는 상기 기동실패카운트가 특정한 값 이상이면 기동실패인 것으로 판단하고 에러표시를 출력한다.

상기 정상기동판정부(240)는 상기 모터의 속도가 특정 속도 이상인 경우 상기 모터가 정상적으로 기동된 것으로 판정한다.

도 3은 본 발명에 의한 위치 추정이 실패한 경우에도 사용가능한 센서가 부착되지 않은 모터의 기동 판정 장치를 나타내는 블록도이다.

도시된 바에 따른 위치 추정이 실패한 경우에도 사용가능한 센서가 부착되지 않은 모터의 기동 판정 장치는 시간경과판단부(200), 모터속도판단부(210), 전류크기판단부(220), 비정상기동판정부(230), 위치추정여부판단부(250), 제2비정상기동판정부(260), 정상기동판정부(270)를 포함하여 이루어진다.

상기 시간경과판단부(200), 모터속도판단부(210), 전류크기판단부(220), 비정상기동판정부(230)은 도 2에서 설명한 것과 동일하다.

상기 위치추정여부판단부(250)는 상기 모터의 속도가 특정속도 이상인 경우 상기 모터 위치의 추정이 정확한지 여부를 판단한다. 이 때 모터 위치의 추정이 정확한지 여부는 상기 모터에 인가된 전압이 특정전압 이상인지를 판단하여 특정전압 이상인 경우 모터 위치 추정이 정확하다고 판단한다.

일반적인 센서리스 모터의 경우에는 모터에 인가된 전압을 추정할 수 있다. 이 때 고정좌표계의 전압은 PWM duty로부터 역산이 가능하므로 추정 위치의 정확성과 관계없이 현재 모터에 인가되는 전압의 크기를 추정할 수 있다. 예를 들면 도 7은 일반적인 전압벡터도를 도시한 도인데, 도 7을 참조하면 각 상의 전압 U,V,W는 현재 인가되는 PWM duty로부터 역산이 가능하며 이로부터 고정좌표계 전압 V

를 구할 수 있다. 그러나 회전좌표계의 추정 전압은 추정 위치가 필요하므로 센서리스 모터의 기동이 비정상적일 경우에는 판단기준이 될 수 없다. 예를들면 도 7에서 회전좌표계 전압 Vdq 를 구하는 데는 위치신호

가 필요하게 되므로 위치추정이 안될 경우에는 사용하기 어렵다.

그러나 현재 인가되는 전압의 크기인 |V|를 구하는 데는 어떤 전압 벡터라도 사용할 수 있다. 예를 들면 도 7에서 고정좌표계 전압 V

를 사용하여 |V|를 구하면 |V|=

와 같이 구할 수 있다.

상기 제2비정상기동판정부(260)는 모터 위치의 추정이 부정확한 것으로 판단되는 경우 상기 모터가 정상적으로 기동되지 못한 것으로 판정한다.

도 3을 참조하면 상기 제2비정상기동판정부(260)는 위치추정실패카운트부(262)와 제2기동실패출력부(264)로 이루어짐이 바람직하다.

상기 위치추정실패카운트부(262)는 상기 모터 위치의 추정이 부정확한 것으로 판단되는 경우 위치추정실패카운트를 증가시킨다.

상기 제2기동실패출력부(264)는 상기 위치추정실패카운트가 특정한 값 이상이면 기동실패인 것으로 판단하고 에러표시를 출력한다.

상기 정상기동판정부(270)는 상기 모터 위치의 추정이 정확한 것으로 판단되는 경우 상기 모터가 정상적으로 기동된 것으로 판정한다.

도 4는 본 발명에 의한 본 발명에 의한 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정 방법을 나타내는 흐름도이다. 본 발명에 의한 본 발명에 의한 센서가 부착되지 않은 모터의 기동 판정 방법을 도 2와 결부시켜 설명하기로 한다.

도 4를 참조하면, 모터를 구동시킨 후(400단계), 시간경과판단부(200)는 모터가 구동된 시점부터 일정시간이 경과되었는지 여부를 판단한다(410단계). 판단결과 모터구동후 일정시간이 경과된 경우 모터속도판단부(210)는 모터의 속도가 특정 속도 이상인지 판단한다(420단계). 일정 시간 경과 후 모터의 속도가 특정 속도 이상인 경우에는 정상기동판정부(240)는 모터가 정상적으로 기동된 것으로 판정하고(480단계) 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동여부 판정 절차를 종료한다.

일정시간 경과 후에도 모터의 속도가 특정속도에 도달하지 못한 경우에는 전류크기판단부(220)는 모터에 흐르는 전류의 크기가 특정전류 이상인지 판단한다(430단계). 판단결과 모터에 흐르는 전류의 크기가 특정전류 이하인 경우 모터의 동작이 비정상적이라 볼 수 없으므로 400단계로 돌아가 정상기동 판정 절차를 반복한다.

판단결과 모터에 흐르는 전류의 크기가 특정 전류 이상인 경우 기동실패카운트부(232)는 기동실패카운트를 1증가시킨다(440단계). 기동실패카운트가 특정한 값이상인지 판단하여(450단계) 특정값 이상인 경우 기동실패출력부(234)는 기동실패인 것으로 판단하고 에러표시를 출력한다(470단계). 그러나 기동실패 카운트가 특 정한 값 이하인 경우 모터구동을 정지시키고(460단계), 400단계로 돌아가 정상기동 판정 절차를 반복한다.

도 5는 본 발명에 의한 본 발명에 의한 위치 추정이 실패한 경우에도 사용가능한 센서가 부착되지 않은 모터의 기동 판정 장치를 나타내는 흐름도이다. 본 발명에 의한 본 발명에 의한 센서가 부착되지 않은 모터의 기동 판정 방법을 도 3과 결부시켜 설명하기로 한다.

상기 400단계에서 470단계까지는 도 4에서 설명한 것과 동일하다.

도 5를 참조하면, 420단계에서 일정 시간 경과 후 모터의 속도가 특정 속도 이상인 경우에는 위치추정여부판단부(250)는 모터에 인가된 전압이 특정전압이상인지 판단한다(480단계). 판단결과 모터에 인가된 전압이 특정전압이상인 경우 정상기동판정부(270)는 정상기동된 것으로 판정하고 절차를 종료한다(490단계).

판단결과 모터에 인가된 전압이 특정전압이하인 경우 위치추정실패카운트부(262)는 위치추정실패카운트를 1만큼 증가시킨다(500단계). 위치추정실패카운트가 특정값이상인지 판단하여(510단계) 특정값이상이 되는 경우 제2기동실패출력부(264)는 기동실패로 판정하고 에러메시지를 출력한 뒤 절차를 종료한다(530단계).

판단결과 위치추정실패카운트가 특정값 이하인 경우 모터구동을 정지시키고(520단계), 400단계로 돌아가 정상기동 판정 절차를 반복한다.

이러한 본원 발명인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 센서가 구비되지 않은 모터의 구동에 있어서 모터가 구동된 후 특정시간 이후의 모터의 속도, 모터에 인가전류 및 인가전압을 실험적으로 판정한 특정한 값과 비교함으로써 모터의 위치가 정확하게 추정되는 경우 뿐만 아니라, 정확하게 추정되지 않는 경우에도 모터의 정상기동여부를 판정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 모터 구동후 특정 시간이 경과되었는지 판단하는 시간경과판단부;

   상기 시간이 경과된 경우 상기 모터의 속도가 특정 속도 이상인지 판단하는 모터속도판단부;

   상기 모터의 속도가 특정 속도 이하인 경우 상기 모터에 흐르는 전류가 특정 전류이상인지 판단하는 전류크기판단부; 및

   상기 모터에 흐르는 전류가 특정 전류 이상인 경우 상기 모터가 비정상적으로 기동된 것으로 판정하는 비정상기동판정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 비정상기동판정부는

   상기 모터에 흐르는 전류가 특정 전류 이상이면 기동실패카운트를 증가시키는 기동실패카운트부;

   상기 기동실패카운트가 특정한 값 이상이면 기동실패인 것으로 판단하고 에러표시를 출력하는 기동실패출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정장치.
3. 제 1항에 있어서

   상기 모터의 속도가 특정 속도 이상인 경우 상기 모터가 정상적으로 기동된 것으로 판정하는 정상기동판정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정장치.
4. 제 1항에 있어서

   상기 모터의 속도가 특정속도 이상인 경우 상기 모터 위치의 추정이 정확한지 여부를 판단하는 위치추정여부판단부;

   상기 모터 위치의 추정이 정확한 것으로 판단되는 경우 상기 모터가 정상적으로 기동된 것으로 판정하는 정상기동판정부;

   상기 모터 위치의 추정이 부정확한 것으로 판단되는 경우 상기 모터가 정상적으로 기동되지 못한 것으로 판정하는 제2비정상기동판정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정장치.
5. 제 4항에 있어서 상기 위치추정여부판단부는

   상기 모터에 인가된 전압이 특정전압 이상인지를 판단하여 특정전압 이상인 경우 모터 위치 추정이 정확하다는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정장치.
6. 제 4항에 있어서 상기 제2비정상기동판정부는

   상기 모터 위치의 추정이 부정확한 것으로 판단되는 경우 위치추정실패카운트를 증가시키는 위치추정실패카운트부;

   상기 위치추정실패카운트가 특정한 값 이상이면 기동실패인 것으로 판단하고 에러표시를 출력하는 제2기동실패출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정장치.
7. 모터 구동후 특정 시간이 경과되었는지 판단하는 단계;

   상기 시간이 경과된 경우 상기 모터의 속도가 특정 속도 이상인지 판단하는 단계;

   상기 모터의 속도가 특정 속도 이하인 경우 상기 모터에 흐르는 전류가 특정 전류이상인지 판단하는 단계;

   상기 모터에 흐르는 전류가 특정 전류 이상인 경우 상기 모터가 비정상적으로 기동된 것으로 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 비정상적으로 기동된 것으로 판정하는 단계는

   상기 모터에 흐르는 전류가 특정 전류 이상이면 기동실패카운트를 증가시키는 단계;

   상기 기동실패카운트가 특정한 값 이상이면 기동실패인 것으로 판단하는 단계;

   상기 기동실패인 것으로 판단되면 에러표시를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정방법.
9. 제 7항에 있어서

   상기 모터의 속도가 특정 속도 이상인 경우 상기 모터가 정상적으로 기동된 것으로 판정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정방법.
10. 제 7항에 있어서

    상기 모터의 속도가 특정속도 이상인 경우 상기 모터 위치의 추정이 정확한지 여부를 판단하는 단계;

    상기 모터 위치의 추정이 정확한 것으로 판단되는 경우 상기 모터가 정상적으로 기동된 것으로 판정하는 단계; 및

    상기 모터 위치의 추정이 부정확한 것으로 판단되는 경우 상기 모터가 정상적으로 기동되지 못한 것으로 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정방법.
11. 제 10항에 있어서 상기 위치 추정이 정확한 지 여부를 판단하는 단계는

    상기 모터에 인가된 전압이 특정전압 이상인지를 판단하여 특정전압 이상인 경우 모터 위치 추정이 정확하다는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정방법.
12. 제 10항에 있어서 상기 모터 위치의 추정이 부정확한 것으로 판단하는 단계는

    상기 모터 위치의 추정이 부정확한 것으로 판단되는 경우 위치추정실패카운트를 증가시키는 단계;

    상기 위치추정실패카운트가 특정한 값 이상이면 기동실패인 것으로 판단하는 단계;

    상기 기동실패인 것으로 판단되면 에러표시를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서가 부착되지 않은 모터의 정상기동 판정방법.

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