KR100666504B1 - 벡터형 인버터 시스템의 전류센서 고장식별 및 오차보상을위한 장치 및 방법 - Google Patents

벡터형 인버터 시스템의 전류센서 고장식별 및 오차보상을위한 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100666504B1
KR100666504B1 KR1020040055750A KR20040055750A KR100666504B1 KR 100666504 B1 KR100666504 B1 KR 100666504B1 KR 1020040055750 A KR1020040055750 A KR 1020040055750A KR 20040055750 A KR20040055750 A KR 20040055750A KR 100666504 B1 KR100666504 B1 KR 100666504B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current
current sensor
phase
residual
fault
Prior art date
Application number
KR1020040055750A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060006641A (ko
Inventor
윤인식
Original Assignee
엘에스산전 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘에스산전 주식회사 filed Critical 엘에스산전 주식회사
Priority to KR1020040055750A priority Critical patent/KR100666504B1/ko
Publication of KR20060006641A publication Critical patent/KR20060006641A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100666504B1 publication Critical patent/KR100666504B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/13—Observer control, e.g. using Luenberger observers or Kalman filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

본 발명은 3상 교류전동기 가변속 운전 제어분야에서 인버터의 전류센서 고장식별 및 오차보상 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 인버터 구동시스템에서 유도전동기가 넓은 속도범위에서 운전하고 벡터제어를 적용하는 경우에 인버터의 전류센서 고장을 식별하고 오차전류를 보상하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 속도센서(28),속도제어기(21),좌표변환기(23,32), 전류제어기(22), 전류센서(26a,26b,26c), 3상/2상 변환기(30), PWM발생기(24), 동기속도 및 각위치계산기(29), 고장발생 표시기(26) 및 전류센서 고장식별 및 오차보상기(25)를 포함하는 데, 상기 전류센서 고장식별 및 오차보상기는 전류센서에서의 3상의 전류에 대한 합의 절대치와 잔차를 비교함으로써 전류센서의 고장을 식별하고 고장난 전류센서의 전류셋를 행하여 오차보상하는 것을 특징으로 한다.
전류센서, 고장식별 , 오차보상, 전류셋, 인버터

Description

벡터형 인버터 시스템의 전류센서 고장식별 및 오차보상을 위한 장치 및 방법{ Fault Identification and current compensation Apparatus and Method for Current Sensor of Vector Inverter System}
도 1은 종래의 전류센서 고장검출기를 가지는 인버터 제어시스템 구성도
도 2는 도 1의 전류센서 고장검출기의 상세도
도 3은 종래의 전류센서 고장검출을 위한 신호흐름도
도 4는 본 발명의 전류센서 고장식별기 및 오차 보상기를 가지는 인버터 제어구성도
도 5는 도 4의 전류센서 고장식별기 및 오차보상기의 상세도
도 6은 본 발명의 전류센서 고장식별 및 오차보상 방법의 신호흐름도
********** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **************
1,21 : 속도/토크 제어기 2,22 : 전류 제어기
3,23 : 좌표변환기(동기→정지) 4,24 : PWM 발생기
5,20 : 인버터 6a,6b,6c,26a,26b,26c : 전류센서
7,27 : 유도전동기 8,28 : 속도센서
9,29 : 동기속도 및 각위치 계산기 10,30 : 3상/2상 변환기
11,31 : 좌표변환기(정지→동기) 12,23 : 좌표변환기(동기→정지)
13 : 2상/3상 변환기 14 : 전류센서 고장판단기
16, 26 : 표시기 18 : 전류센서 고장검출부
17 : 기준잔차 설정부 25 : 전류센서 고장식별 및 오차보상기
32 : 전류센서 고장검출부 33 : 전류선택부
34 : 3상/2상 변환부 35 : 상태관측부
36: 전류센서 고장식별 및 오차보상부
본 발명은 3상 교류전동기 가변속 운전 제어분야에서 인버터의 전류센서 고장식별 및 오차보상 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 인버터 구동시스템에서 유도전동기가 넓은 속도범위에서 운전하고 벡터제어를 적용하는 경우에 인버터의 전류센서 고장을 식별하고 오차전류를 보상하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 산업 플랜트의 자동화, 대형화 추세는 대량생산과 생산경비의 절감을 가져왔다. 그러나 이러한 경향은 시스템을 복잡하게 하여 전체시스템의 신뢰도를 감퇴시킬 뿐만 아니라 안전성의 문제를 유발시킨다. 잘 알려진 바와 같이 유도전동기는 구조가 간단하고 견고하여 고장이 적으므로 산업전반에 걸쳐 유도전동기는 널리 사용되고 있다.
하지만, 이런 유도전동기는 오히려 센서 및 구동회로의 고장발생 가능성이 훨씬 높다. 센서로부터 측정된 정보는 3상 교류전동기 구동용 인버터에서 제어입력을 결정하기 위하여 사용되기 때문에 ,센서의 고장은 제어시스템의 성능을 크게 감퇴시키며, 구동회로의 고장은 전기적, 열적으로 그리고 기계적으로 유도전동기에 큰 충격을 가해서 결과적으로 전동기 자체의 고장을 유발할 수 있다.
현재, 알려진 전동기의 전류센서 고장검출 방법은 파라미터 추정기법 또는 상태추정기법을 이용한 실시간 방식의 잔차 추출 알고리즘을 이용한 방법이 있다.
잔차를 추출하는 방법으로는 속도/토크 제어기의 출력인 전류지령치와 전류센서가 얻은 실제전류로부터 잔차를 얻는 방법이 있다. 이 방법은 전동기가 과도상태에 있을 때 기준잔차를 운전조건, 전동기의 용량에 따라 설정해 주어야 하므로 이러한 단점을 보안하기 위한 방법으로 상태관측기를 이용하여 기준치를 얻고 전류센서의 실제전류로부터 잔차를 얻는 방법이 있다.
본 발명은 이런 상태관측기를 이용하여 벡터형 인버터 시스템의 전류센서 고장검출 및 오차보상을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 전류센서 고장검출기를 가지는 인버터 제어기의 구성도이다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 종래의 인버터 제어기는 속도 지령치(ω* r) 또는 토크 지령치(T* e)를 제어하는 속도/토크제어기(1)와 , 속도/토크제어기(1)에서 출력되는 자속전류 지령치(ie* ds)와 토크전류 지령치(ie* qs)를 자속전류(i e ds)와 토크전류(ie qs)를 비교하여 제어하는 전류제어기(2)를 포함하며, 또한 전류제어기(2)의 출력인 자속 성분 전압 지령치(νe* ds)와 토크성분 전압 지령치(νe* qs)를 정지좌표에서의 자속전압 지령치(νs* ds)과 토크전압 지령치(νs* qs)으로 변환시키는 좌표변환기(동기→정지)(3)을 포함한다.
PWM 발생기(4)는 좌표변환기(동기→정지)(3)에서 출력된 고정좌표에서의 자속전압 지령치(νs* ds)와 토크전압 지령치(νs* qs)를 PWM 신호로 변환시켜주며, PWM 발생기(4)의 출력은 인버터(5)에 입력된다.
상기 인버터(5)의 출력전류를 검출하는 전류센서(6a,6b,6c)는 인버터(5)와 유도전동기(7)사이에 존재한다. 3상/2상 변환기(10)는 상기 전류센서(6)에서 검출한 두 개의 상전류(ias, ibs)를 더하여 나머지 한 상전류(ics = -(ias + ibs))를 구한 후에 정지좌표계에서 2상전류(is ds, is ds)로 변환시킨다.
좌표변환기(정지→동기)(11)는상기 3상/2상 변환기(10)의 출력인 2상 전류(is ds, is ds)를 동기좌표계의 전류성분(ie ds , ie qs)으로 변환시킨다. 동기속도 및 각위치 계산기(9)는 엔코더와 같은 속도센서(8)를 이용하여 유도전동기의 회전속도(ωr)와 각위치(θe)를 계산한다. 또한, 좌표변환기(동기→정지)(12)는 전류센서 고장검출을 위한 자속전류 지령치(ie* ds)와 토크전류 지령치(ie* qs)를 정지좌표계로 변환하 며, 2상/3상 변환기(13)는 정지좌표계에서의 2상 지령치 전류(is* ds, is* qs)를 3상 지령치 전류(is* ds, is* bs, is* cs)로 변환한다. 전류센서 고장검출기(14)는 상기 2상/3상 변환기의 출력인 3상 지령치 전류(is* ds, is* bs, is* cs)와 실제 3상 전류(ias, ibs, ics)를 비교한 잔차(Δias, Δibs, Δics)와 토크 전류 지령치(ie* qs)를 입력으로 한다.
도 2는 종래 전류센서 고장검출기(14)의 상세도로서, 토크 전류 지령치(ie* qs)를 입력으로 하는 기준잔차 설정부(17)와 3상 기준 전류(i* as, i* bs, i* cs)와 실제 3상 전류(ias, ibs, ics)를 비교한 잔차(Δias, Δibs , Δics)를 입력으로 하는 전류센서 고장검출부(18)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 종래의 인버터 제어시스템은 속도 지령치(ω* r) 또는 토크 지령치(T* e)와 실제속도(ωr)를 속도/토크제어기(1)의 입력으로 받아 자속전류 지령치(ie* ds)와 토크전류 지령치(ie* qs)를 출력하며, 속도/토크제어기의 출력인 자속전류 지령치(ie* ds)와 자속전류(ie ds), 토크전류 지령치(i e* qs)와 토크전류()를 전류제어기(2)의 입력으로 받아 동기좌표계에서의 자속전압 지령치(νs* ds)와 토크전압 지 령치(νs* qs)를 출력한다.
전류제어기(2)의 출력인 자속전압 지령치(νs* ds)와 토크전압 지령치(νs* qs)는 좌표변환기(동기→정지)(3)에 입력되여 정지좌표계의 전압 지령치(νs* ds, νs* qs)가 얻어진다.
좌표변환기(동기→정지)(3)의 출력으로 얻어진 정지좌표계의 전압 지령치(νs* ds, νs* qs)는 PWM 발생기(4)에 입력되어 인버터(5)에 PWM 신호를 출력하게 된다. 인버터(5)에는 유도전동기(7)가 연결되어 있으며, 인버터(5)와 유도전동기 사이에 존재하는 전류센서(6a, 6b,6c)는 상전류(ias, ibs, ics)를 검출하며, 3상전류(i as, ibs, ics)는 3상/2상 변환기(10)에 입력되어 정지좌표계에서의 2상 전류(is ds, is ds)로 변환된다. 또한, 3상/2상 변환기(10)의 출력인 정지좌표계에서의 2상전류(is ds, i s ds)는 좌표변환기(정지→동기)(11)에 의해 동기좌표계의 전류성분(ie ds, ie ds)으로 변환되어 전류제어기(2)로 입력된다.
유도전동기의 회전속도(ωr)와 각위치(θe)는 엔코더와 같은 속도센서(8)를 이용하여 동기속도 및 각위치 계산기(9)에서 구한다. 상기 동기속도 및 각위치 검 출기(9)에서 출력된 각위치(θe)는 좌표변환기((3),(11),(12))에서 좌표변환할 때 사용된다.
상기 자속전류지령치(ie* ds)와 토크전류지령치(ie* qs)는 좌표변환기(동기→정지)(12)과 2상/3상 변환기(13)를 거쳐 기준 전류(i* as, i* bs, i* cs)를 구한다.
상기 변환기(13))의 출력인 기준 전류(i* as, i* bs, i* cs)와 실제전류(ias, ibs, ics)를 비교하여 각 상전류의 잔차(Δias, Δibs, Δics)를 얻는다.
그런 후, 실제 3상전류(ias, ibs, ics), 속도지령치(ω* r) 또는 토크지령치(T* e), 상전류의 잔차(Δias, Δibs, Δics)를 입력으로 받아 전류센서 고장판단기(14)에서 전류센서(6a,6b,6c)의 고장여부를 판단한다.
상기 전류센서 고장검출부(14)에서의 기준잔차(α)는 유도전동기의 운전상태에 따라 달라진다. 유도전동기가 정상상태(회전속도 또는 토크의 변화가 일정할 때)일 때 기준잔차(α)는 식(1)과 같이 된다.
α=α1 (1)
여기에서 α1 는 정상상태에서의 기본 기준잔차이다.
유도전동기가 과도상태일 때 기준잔차(α )는 유도전동기의 속도변화율 또는 토크변화율, 즉 토크 전류 지령치(ie* qs)의 변화량(｜ie* qs(n)-i e* qs(n-1)｜)에 따라 증가해야 한다. 이러한 기준잔차의 증가량(αtr)은 유도전동기의 명세에 따라 달라진다. 과도상태에서의 기준잔차는 식(2)와 같이 된다.
α=α1 +αtr (과도상태) (2)
상기의 방식으로 토크 전류 지령치(ie* qs)를 입력으로 받아 기준잔차 설정부(17)에서 기준잔차(α)를 구한다. 상기에서 구한 기준잔차(α)과 상전류의 잔차(Δias, Δibs, Δics)를 전류센서 검출기(18)에서 비교하고, 상전류의 잔차(Δi as, Δibs, Δics)가 기준잔차(α)보다 클 경우에는 전류센서(6a,6b,6c)가 고장이 발생한 것으로 간주한다.
도 3은 종래의 전류센서 고장검출을 위한 신호흐름도이며 이에 대한 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저,토크전류 지령치(ie* qs)의 변화량(｜ie* qs(n)-ie* qs(n-1)｜)를 구해 해당 유도전동기에 맞는 기준잔차(α)를 설정한다(S1단계).
다음, 상기 S1단계에서 설정한 기준잔차(α)를 상전류의 잔차(Δias, Δibs, Δics)와 비교하여 전류센서(6a, 6b, 6c)의 고장여부를 판단한다(S2단계).
만약 상전류의 잔차(Δias, Δibs, Δics)가 기준잔차(α)가 큰 경우에는 전류 센서에서 고장이 발생한 것이다(S3단계). 이 때에는 표시기(16)에 전류센서가 고장임이 나타나 진다.
상전류의 잔차(Δias, Δibs, Δics)가 기준잔차(α)가 작은 경우에는 전류센서가 정상적으로 동작함을 나타낸다(S4단계).
이러한 종래의 기술은 잔차를 추출할 때 속도/토크 제어기(1)의 출력인 전류지령치(i* as, i* bs, i* cs)와 전류센서(6a,6b,6c)가 얻은 실제전류(ias, ibs, ics)로부터 잔차(Δias, Δibs, Δics)를 얻으며, 기준잔차(α)를 토크전류 지령치(i e* qs)의 변화량(｜ie* qs(n)-ie* qs(n-1)｜)에 따라 설정한다.
그러나, 토크전류 지령치(ie* qs)의 변화량(｜ie* qs(n)-ie* qs(n-1)｜)은 유도전동기의 운전상태 및 용량, 특성이 다르게 나타나기 때문에 유도전동기의 운전상태 및 용량, 특성에 따른 기준잔차(α)를 오프라인으로 미리 파악하여 설정해야 하는 번거로움이 있다.
본 발명은 이런 종래의 문제점을 해결하고자, 종래의 인버터 전류센서 고장검출 방법에 있어 잔차를 추출할 때 속도-토크 제어기의 출력인 전류지령치(i* as, i* bs, i* cs)와 전류센서(6)가 얻은 실제전류(ias, ibs, ics)로부터 잔차를 얻지 않고, 전동기 모델를 근거로 한 상태관측기를 이용하여 기준치를 얻고 전류센서의 실제전류로부터 잔차를 얻는 방법을 사용하여 전동기의 전체 운전영역에서 전류센서 고장검출 및 식별 성능을 개선시켰으며, 식별정보를 이용하여 인버터의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 벡터형 인버터 시스템의 전류센서 고장식별 및 오차보상을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
그리하여, 본 발명은 특히 인버터 구동시스템에서 유도전동기가 넓은 속도범위에서 운전하고 벡터제어를 적용하는 경우에 인버터의 전류센서 고장을 검출 및 식별하고 오차전류를 보상함으로써 전체시스템의 신뢰성을 높이는데 있다.
상기 목적을 위하여 본 발명은 속도센서(28), 속도제어기(21), 전류센서(26a,26b,26c), 전류제어기(22), 좌표변환기(23,32), 3상/2상 변환기(30), PWM발생기(24), 동기속도 및 각위치계산기(29), 고장발생 표시기(26) 및 전류센서 고장식별 및 오차보상기(25)를 포함하는 데, 상기 전류센서 고장식별 및 오차보상기는 전류센서에서의 3상의 전류에 대한 합의 절대치와 기준잔차를 비교함으로써 전류센서의 고장을 식별하고 고장난 전류센서의 전류셋를 행하여 전류를 오차보상하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 전류센서 고장식별 및 오차보상기(25)는 전류센서에서 검출된 3상전류의 합이 입력되는 전류센서 고장검출부(32)와, 전류센서의 3상 전류의 고장식별을 위해 상전류를 선택하는 전류선택부(33)와, 상기 전류선택부의 출력전류를 2상전류로 변환시키는 3상/2상 변환부(34)와, 정지좌표계에서의 자속전압지령치, 토크전압지령치 및 회전속도를 입력으로 받아 기준전류를 출력하는 상태관측 부(35)와, 및 상기 기준전류 및 상기 2상전류을 입력으로 받아 전류센서의 고장여부를 식별하고 전류셋을 보상하는 전류센서 고장식별 및 오차보상부(36)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 벡터형 인버터의 전류센서 고장식별 및 오차보상 방법으로는, 전류센서에서 측정한 3상의 전류의 합을 구하고 기준잔차를 설정하는 단계와;상기 3상 전류의 합의 절대치(｜Isum｜)와 기준잔차(r)를 비교하여 전류센서의 고장여부를 식별하는 단계와; 및 고장난 해당 전류센서의 전류셋을 행하여 오차를 보상하는 단계를 포함하는데, 상기 기준잔차(r)는 정지좌표계에서의 자속전압 지령치, 토크전압 지령치, 회전속도값에 의해 산출된 기준전류(i'ds, i'qs)와, 전류센서에서 측정된 3상의 실제전류(ias, ibs, ics)에서 어느 2상만을 선택하여 변환과정을 거쳐 가상의 3상전류후(ias, ibs, ics) 를 구한 후, 다시 변환과정을 거쳐 얻는 가상의 2상전류( is ds, is qs )를 식 r = ｜im ds - i'ds｜+｜im qs - i'qs｜ 에 의하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
그리하여, 상기 3상 전류의 합의 절대치(｜Isum｜)가 기준잔차(r)보다 크면 고장이 발생함을 나타내며, 작으면 정상동작으로 간주하는것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 전류센서가 고장난 것을 식별한 후, 어느 상의 전류센서가 고장이 난 것인지의 여부를 3상 전류센서(a,b,c)의 각 상의 기준잔차 (thi,th1,th2) 및 고장식별 처리 입력셋 1( im as=i as, im bs=ibs, im cs=-(ias +ib))을 설정하고, 각상의 잔차를 식 r = ｜im ds - i'ds｜+｜im qs - i'qs｜에 의하여 구한 후, 각상의 기준잔차와 각상의 잔차를 비교하여 식별하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 구성을 도면을 참조로 하여 설명한다.
도 4도는 본 발명의 전류센서 고장식별기와 오차보상기를 가지는 인버터 제어시스템의 구성도이다. 시스템은 속도 지령치(ω* r) 또는 토크 지령치(T* e)를 제어하는 속도/토크제어기(21)와 속도/토크제어기(21)에서 출력되는 자속전류 지령치(ie* ds)와 토크전류 지령치(ie* qs)를 자속전류(ie ds)와 토크 전류(ie qs)를 비교하여 제어하는 전류제어기(22)를 포함한다.
또한, 전류제어기(22)의 출력인 자속성분 전압지령치(ve* qs)와 토크성분 전압지령치(ve* qs)를 정지좌표에서의 자속전압 지령치(νs* ds)과 토크전압 지령치(νs* qs)으로 변환시키는 좌표변환기(동기→정지)(23)와, 좌표변환기(동기→정지)(23)에서 출력된 고정좌표계에서의 자속전압 지령치(νs* ds)와 토크전압 지령치(νs* qs)를 PWM 신호로 변환시켜주는 PWM 발생기(24)을 포함한다.
상기 PWM 발생기(24)의 출력은 인버터(20)에 입력되고 상기 인버터(20)에 의해 유도전동기(27)가 제어구동된다.
상기 인버터(20)의 출력전류를 검출하는 전류센서(26a,26b,26c)가 인버터(20)와 유도전동기(27)사이에 존재한다.
전류센서 고장식별 및 오차보상기(25)는 상기 전류센서에서 검출된 3상 전류(ias, ibs, ics), 자속전압 지령치(νs* ds)과 토크전압 지령치(νs* qs), 회전속도()를 입력으로 받아 전류센서의 고장식별과 전류를 보상하며, 3상/2상 변환기(30)는 보상된 3상 전류(ias, ibs, ics)를 정지좌표계에서 2상 전류(is ds, is ds)로 변환시킨다.
또한, 좌표변환기(정지→동기)(31)는 상기 3상/2상 변환기(30)의 출력인 2상 전류(is ds, is ds)를 동기좌표계의 전류성분(ie ds,ie qs)으로 변환시키며, 동기속도 및 각위치 계산기(29)는 엔코더와 같은 속도센서(28)를 이용하여 유도전동기의 회전속도(ωr)와 각위치(θe)를 계산한다.
도 5는 본 발명의 전류센서 고장식별 및 보상기의 상세도로서, 전류센서(26)에서 검출된 3상 전류(ias, ibs, ics)의 합을 입력으로 받는 전류센서 고장검출부(32)와 전류센서(26)에서 검출된 3상 전류(ias, ibs, ics)를 전류센서(26)의 고장식별을 위해 상전류를 선택하는 전류선택부(33)와 전류선택부(33)의 출력인 3상 전류(im as, im bs, im cs)를 2상 전류(im ds, im ds)으로 변환시키는 3상/2상 변환부(34)을 포함하며, 정지좌표계에서의 자속전압 지령치(νs* ds), 토크전압 지령치(νs* qs), 회전속도(ωr)를 입력으로 받아 기준 전류(i'ds, i'qs)를 출력하는 상태관측부(35)와 기준 전류(i'ds, i'qs)와 상기 3상/2상 변환부(34)의 출력인 2상 전류(is ds , is ds)를 입력으로 받아 전류센서의 고장식별과 전류를 보상하는 전류센서 고장식별 및 오차보상부(36)를 포함하여 구성된다.
이하 본 발명의 구성에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
속도/토크제어기(21)는 속도 지령치(ω* r) 또는 토크 지령치(T* e )와 실제속도(ωr)를 입력으로 받아 자속전류 지령치(ie* ds)와 토크전류 지령치(ie* qs)를 출력하며, 속도/토크제어기의 출력인 자속전류 지령치(ie* ds)와 자속전류(ie ds ), 토크전류 지령치(ie* qs)와 토크전류(ie qs)는 전류제어기(22)에 입력되고,동기좌표계에서의 자속전압 지령치(νs* ds)와 토크전압 지령치(νs* qs)가 전류제어기(22)에서 출력된다. 전류제어기(22)의 출력인 자속전압 지령치(νs* ds)와 토크전압 지령치(νs* qs)는 좌표변환 기(동기→정지)(23)에 입력되여 정지좌표계의 전압 지령치(νs* ds, νs* qs)가 얻어진다. 좌표변환기(동기→정지)(23)의 출력으로 얻어진 정지좌표계의 전압 지령치(νs* ds, νs* qs)는 PWM 발생기(4)에 입력되어 인버터(20)에 PWM 신호를 출력하게 된다.
인버터(20)에는 유도전동기(27)가 연결되어 있으며, 인버터와 유도전동기 사이에 존재하는 전류센서(26a,26b,26c)는 상전류(ias, ibs, ics)를 검출하며, 전류센서에서 검출된 3상 전류(ias, ibs, ics)는 자속전압 지령치(νs* ds)과 토크전압 지령치(νs* qs), 회전속도(ωr)와 함께 전류센서 고장식별 및 오차보상기(25)에 입력된다.
상기 전류센서 고장식별 및 오차보상기(25)에서 보상된 3상 전류(ias, ibs, ics)는 3상/2상 변환기(30)에 입력되어 정지좌표계에서의 2상 전류(is ds, is ds)로 변환된다. 3상/2상 변환기(30)의 출력인 정지좌표계에서의 2상전류(is ds, is ds)는 좌표변환기(정지→동기)(31)에 의해 동기좌표계의 전류성분(ie ds, ie ds )으로 변환되어 전류제어기(22)로 입력된다.
동기속도 및 각위치 계산기(29)는엔코더와 같은 속도센서(28)를 이용하여 유도전동기의 회전속도(ωr)와 각위치(θe)를 구한다. 상기 동기속도 및 각위치 검 출기(29)에서 출력된 각위치(θe)는 좌표변환기((23),(31))에서 좌표변환할 때 사용된다.
상기 전류센서 고장식별 및 보상기(25)에 대한 동작에 대해 기술하면 다음과 같다. 유도전동기(27)가 3상 평형이면 식(3)과 같이 3상 전류의 합은 영이다.
Isum=ias + ibs + ics=0 (3)
따라서 전류센서(26a,26b,26c) 중에 하나에 이상이 발생하여 잘못된 측정 전류(ias, ibs, ics)를 제공한다면 식(3)은 영이 될 수 없다. 이러한 사실로부터 전류센서의 고장을 전류센서 고장검출부(32)가 검출한다.
다음으로 전류센서가 고장으로 판별되면 어느 상의 전류센서가 고장인지 식별을 한다. 상태관측부(35)에 정지좌표계에서의 자속전압 지령치(νs* ds), 토크전압 지령치(νs* qs), 회전속도(ωr)를 입력하여 기준전류(i'ds, i'qs)를 발생시킨다. 전류센서에서 측정된 실제 전류(ias, ibs, ics)에서 어느 2상만을 전류선택부(20)에서 선택하고 나머지 한 상은 식(3)의 상평형성을 이용하여 가상의 3상전류(ias, ibs, i cs)를 구한 후 3상/2상 변환부(34)를 거쳐 가상의 2상 전류(is ds, is qs )를 얻는다.
그리하여, 상기 얻어진 전류im ds , i'ds, im qs , i'qs 을 이용하여 아래 식(4)와 같이 정의된 잔차(r)를 구한다.
r = ｜im ds - i'ds｜+｜im qs - i'qs｜ (4)
상기에서 구한 잔차(r)를 이용하여 전류센서 고장식별 및 보상기(25)의 내부의 전류센서 고장식별 및 보상부(36)에서 고장식별 및 전류보상 알고리즘을 수행하여 어느 상의 전류센서가 고장인지 식별하고 고장난 전류센서의 전류셋을 행하여 전류값 오차를 보상한다.
도 6은 이러한 고장식별 및 전류보상 알고리즘의 동작에 대한 흐름도이며 설명하면 다음과 같다.
S1단계 : 전류센서에서 측정한 3상 전류(ias, ibs, ics)의 합 Isum 을 구하고 기준잔차(thi, th1, th2)를 설정한다.
S2단계 : 3상 전류(ias, ibs, ics)의 합의 절대치｜Isum｜과 S1단계에서 설정한 기준잔차(thi)와 대소를 비교하여 전류센서의 고장여부를 판별한다. ｜Isum｜이 기준잔차(thi)보다 크면 고장이 발생함을 나타내며, 작으면 정상동작으로 간주한다.
S3단계 : 전류센서에서 고장이 발생했음이 표시기(26)에 출력된다.
S4단계 : 전류센서중 어느 전류센서가 고장인지 식별을 하기 위해 고장식별처리 입력셋 1(Fault ID Process Input Set 1)을 (im as=ias, im bs=ibs, im cs=-(ias +ibs)으로 설정하고 식(4)을 이용하여 잔차(r1)를 구한다.
S5단계 : 상기 S4단계에서 구한 잔차(r1)를 S1단계에서 설정한 기준잔차(th1)와 대소를 비교하여 전류센서 고장식별을 한다. 잔차(r1)가 기준잔차(th1 )보다 크면 a상 전류센서(26a) 또는 b상 전류센서(26b)의 고장이 선언되며, 기준잔차(th1)보다 작으면 c상 전류센서(26c)의 고장이 선언된다.
S6단계 : a상 전류센서(26a) 또는 b상 전류센서(26b)에서 고장이 발생했음을 표시기(26)에 나타낸다.
S7단계 : 고장식별을 위해 고장식별처리 입력셋 2(Fault ID Process Input Set 2)을 (im as=ias, im bs=-(ias+i cs), im cs=ics)으로 설정하고 식(4)을 이용하여 잔차(r2)를 구한다.
S8단계 : 상기 S7단계에서 구한 잔차(r2)를 S1단계에서 설정한 기준잔차()와 대소를 비교하여 전류센서 고장식별을 한다. 잔차(r2)가 기준잔차(th2)보다 크면 a상 전류센서(26a)의 고장이 선언되며, 기준잔차(th2)보다 작으면 b상 전류센서(26b)의 고장이 선언된다.
S9단계 : a상 전류센서(26a)에서의 고장 발생을 표시기(26)에 나타낸다.
S10단계 : a상 전류세서의 고장에 따른 전류제어기(22)에서 이용되는 전류셋을 다음과 같이 보상한다.
전류셋 : i'as=-(ibs+ics), i'bs=ibs, i'cs =ics
S11단계 : b상 전류센서(26b)에서의 고장 발생을 표시기(26)에 나타낸다.
S12단계 : b상 전류센서의 고장에 따른 전류제어기(22)에서 이용되는 전류셋을 다음과 같이 보상한다.
전류셋 : i'as=ias, ibs= -(i'as+ics), i'cs =ics
S13단계 : c상 전류센서(26c)에서의 고장 발생을 표시기(26)에 나타낸다.
S14단계 : c상 전류센서의 고장에 따른 전류제어기(22)에서 이용되는 전류셋을 다음과 같이 행하여 전류 오차보상을 한다.
전류셋 : i'as=ias, i'bs=ibs, i'cs= -(ias +ibs)
상기와 같이 각상(a,b,c)의 어느 하나의 전류센서에서 고장이 일어났음이 식별되면 전류제어기에서 고장난 전류센서의 전류셋을 하여 전류 오차보상을 하고 정상동작이 이루어 지도록 한다.
본 발명은 종래의 인버터 전류센서 고장검출 방법에 있어 잔차를 추출할 때 속도-토크 제어기의 출력인 전류지령치(i* as, i* bs, i* cs)와 전류센서가 얻은 실제전류 (ias, ibs, ics)로부터 잔차를 얻지 않고 전동기 모델를 근거로 한 상태관측기를 이용하여 기준치를 얻고 전류센서의 실제전류로부터 잔차를 얻는 방법을 사용함으로써 전동기의 전체 운전영역에서 전류센서 고장검출 및 식별 성능을 개선시켰으며, 식별정보를 이용하여 인버터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 벡터형 인버터의 전류센서 고장식별 및 오차보상 장치에 있어서,
    속도센서(28),속도제어기(21), 전류센서(26a,26b,26c), 전류제어기(22), 좌표변환기(23,32), 3상/2상 변환기(30), PWM발생기(24), 동기속도 및 각위치계산기(29), 고장발생 표시기(26) 및 전류센서 고장식별 및 오차보상기(25)를 포함하는 데, 상기 전류센서 고장식별 및 오차보상기(25)는 전류센서에서의 3상의 전류에 대한 합의 절대치와 잔차를 비교함으로써 전류센서의 고장을 식별하고 고장난 전류센서의 전류셋를 행하여 오차전류를 보상하는 것을 특징으로 하는 벡터형 인버터의 전류센서 고장식별 및 오차보상 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전류센서 고장식별 및 보상기(25)는 전류센서에서 검출된 3상전류의 합이 입력되는 전류센서 고장검출부(32)와, 전류센서의 3상 전류의 고장식별을 위해 상전류를 선택하는 전류선택부(33)와, 상기 전류선택부의 출력전류를 2상전류로 변환시키는 3상/2상 변환부(34)와, 정지좌표계에서의 자속전압지령치, 토크전압지령치 및 회전속도를 입력으로 받아 기준전류를 출력하는 상태관측부(35)와, 및 상기 기준전류 및 상기 2상전류을 입력으로 받아 전류센서의 고장여부를 식별하고 전류셋을 보상하는 전류센서 고장식별 및 오차보상부(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 벡터형 인버터의 전류센서 고장식별 및 오차보상 장치.
  3. 벡터형 인버터의 전류센서 고장식별 및 오차보상 방법에 있어서,
    전류센서에서 측정한 3상의 전류의 합을 구하고 잔차를 설정하는 단계와;
    상기 3상 전류의 합의 절대치(｜Isum｜)와 잔차(r)를 비교하여 전류센서의 고장여부를 식별하는 단계와; 및
    고장난 해당 전류센서의 전류셋을 행하여 오차를 보상하는 단계를 포함하는데,
    상기 잔차(r)는 정지좌표계에서의 자속전압 지령치, 토크전압 지령치, 회전속도값에 의해 산출된 기준전류(i'ds, i'qs)와, 전류센서에서 측정된 3상의 실제전류(ias, ibs, ics)에서 어느 2상만을 선택하여 변환과정을 거쳐 가상의 3상전류(ias, ibs, ics) 를 구한 후, 다시 변환과정을 거쳐 얻는 가상의 2상전류( is ds, is qs )를 아래의 식
    r = ｜im ds - i'ds｜+｜im qs - i'qs｜ 에 의하여 산출되며,상기 3상 전류의 합의 절대치(｜Isum｜)가 잔차(r)보다 크면 고장이 발생함을 나타내며, 작으면 정상동작으로 간주하는 것을 특징으로 하는 벡터형 인버터의 전류센서 고장식별 및 오차보상 방법.
  4. 삭제
  5. 제 3항에 있어서, 3상 전류센서(a,b,c)의 각 상의 기준잔차(thi,th1,th2) 및 고장식별 처리 입력셋 1( im as=ias, im bs=ibs , im cs=-(ias +ib))을 설정하고, 각상의 잔차를 식 r = ｜im ds - i'ds｜+｜im qs - i'qs ｜에 의하여 구한 후, 각상의 기준잔차와 각상의 잔차를 비교하여 각상의 전류센서의 고장여부를 식별하는 것을 특징으로 하는 벡터형 인버터의 전류센서 고장식별 및 오차보상 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 잔차(r1)가 기준잔차(th1)보다 크면 a상 전류센서 또는 b상 전류센서가 고장인 것으로 식별되고, 기준잔차(th1)보다 작으면 c상 전류센서가 고장인 것으로 간주되는 것을 특징으로 하는 벡터형 인버터의 전류센서 고장식별 및 오차보상 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 고장식별처리 입력셋 1 대신에 고장식별 처리 입력셋 2(im as=ias, im bs=-(ias+ics), im cs=ics)을 설정하여 잔차(r2)를 구한 후, 상기 잔차(r2 )가 기준잔차(th2)보다 크면 a상 전류센서의 고장이 식별되고, 기준잔차(th2)보다 작으면 b상 전류센서의 고장으로 간주되는 것을 특징으로하는 벡터형 인버터의 전류 센서 고장식별 및 오차보상 방법.
  8. 제 5항 내지 7항중 어느 한 항에 있어서, 3상 전류센서(a,b,c)중 어느 전류센서의 고장이 판별되면, 고장난 전류센서를 위하여 a상 전류센서는 i'as=-(ibs+ics), i'bs=ibs, i'cs=ics , b상 전류센서는 i'as=ias, ibs= -(i'as+ics), i'cs =ics , c상 전류센서는 i'as=ias, i'bs=ibs, i'cs= -(i as+ibs)의 전류셋을 각각 하여 전류오차보상을 하는 것을 특징으로 하는 벡터형 인버터의 전류센서 고장식별 및 오차보상 방법.
KR1020040055750A 2004-07-16 2004-07-16 벡터형 인버터 시스템의 전류센서 고장식별 및 오차보상을위한 장치 및 방법 KR100666504B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040055750A KR100666504B1 (ko) 2004-07-16 2004-07-16 벡터형 인버터 시스템의 전류센서 고장식별 및 오차보상을위한 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040055750A KR100666504B1 (ko) 2004-07-16 2004-07-16 벡터형 인버터 시스템의 전류센서 고장식별 및 오차보상을위한 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060006641A KR20060006641A (ko) 2006-01-19
KR100666504B1 true KR100666504B1 (ko) 2007-01-09

Family

ID=37118299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040055750A KR100666504B1 (ko) 2004-07-16 2004-07-16 벡터형 인버터 시스템의 전류센서 고장식별 및 오차보상을위한 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100666504B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210075479A (ko) 2019-12-13 2021-06-23 한밭대학교 산학협력단 컨버터를 위한 센서 고장 진단 시스템

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100887148B1 (ko) * 2008-08-12 2009-03-04 주식회사 두크 무유량 검출이 가능한 인버터 부스터 펌프 장치
KR100887149B1 (ko) * 2008-08-12 2009-03-04 주식회사 두크 토출 저압 검출 기능을 구비한 인버터 부스터 펌프 장치
KR100912258B1 (ko) * 2009-04-27 2009-08-17 (주)엠에스테크노코리아 케이블 권취기의 제어방법
KR101235182B1 (ko) * 2011-04-06 2013-02-21 부산대학교 산학협력단 3상 ａｃ／ｄ ｃ ｐｗｍ 컨버터의 개방회로 고장 진단 장치 및 그 방법
KR101242250B1 (ko) * 2011-07-04 2013-03-11 아주대학교산학협력단 엔피시 인버터의 스위칭 소자 고장진단장치 및 방법
KR20130033212A (ko) * 2011-09-26 2013-04-03 한국전력공사 3상 입력전류의 파형중첩을 통해 ｎ상 전류를 검출하는 전자식 전력량계 및 이를 이용한 ｎ상 전류 검출 방법
KR101353583B1 (ko) * 2012-10-23 2014-01-23 주식회사 브이씨텍 매입형 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정을 이용한 속도 제어 장치 및 방법
US10230321B1 (en) * 2017-10-23 2019-03-12 General Electric Company System and method for preventing permanent magnet demagnetization in electrical machines
CN113794413B (zh) * 2021-08-31 2023-05-05 西南交通大学 永磁电机驱动系统电流传感器故障类型识别方法及装置
CN114172443B (zh) * 2021-12-01 2023-05-05 西南交通大学 一种永磁电机驱动系统电流传感器故障在线诊断方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06253585A (ja) * 1993-02-25 1994-09-09 Nippondenso Co Ltd ブラシレスモータの異常検出装置
JPH0947085A (ja) * 1995-07-28 1997-02-14 Matsushita Electric Works Ltd インバータ装置
JP2000102297A (ja) 1998-09-18 2000-04-07 Mitsubishi Electric Corp 交流電動機の制御装置
JP2000184772A (ja) 1998-12-14 2000-06-30 Toyota Motor Corp モータの異常検出装置
JP2002034266A (ja) 2000-07-18 2002-01-31 Nissan Motor Co Ltd インバーターの電流センサー診断装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06253585A (ja) * 1993-02-25 1994-09-09 Nippondenso Co Ltd ブラシレスモータの異常検出装置
JPH0947085A (ja) * 1995-07-28 1997-02-14 Matsushita Electric Works Ltd インバータ装置
JP2000102297A (ja) 1998-09-18 2000-04-07 Mitsubishi Electric Corp 交流電動機の制御装置
JP2000184772A (ja) 1998-12-14 2000-06-30 Toyota Motor Corp モータの異常検出装置
JP2002034266A (ja) 2000-07-18 2002-01-31 Nissan Motor Co Ltd インバーターの電流センサー診断装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210075479A (ko) 2019-12-13 2021-06-23 한밭대학교 산학협력단 컨버터를 위한 센서 고장 진단 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060006641A (ko) 2006-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8853981B2 (en) Driving apparatus for multiplex-winding motor
KR100371369B1 (ko) 유도 전동기의 벡터 제어 시스템
KR100666504B1 (ko) 벡터형 인버터 시스템의 전류센서 고장식별 및 오차보상을위한 장치 및 방법
JP6257689B2 (ja) 同期機制御装置
JP6361450B2 (ja) 誘導電動機の制御装置
GB2417147A (en) Apparatus and protection method for sensorless motor drive
JP6433404B2 (ja) モータ制御装置
JP2002034266A (ja) インバーターの電流センサー診断装置
KR101024164B1 (ko) 교류 회전기의 제어 장치
JP5402403B2 (ja) 電動機制御システム
TWI646769B (zh) 電力轉換器之控制裝置及電動車
JP2014225993A (ja) 同期機制御装置
Tran et al. A robust diagnosis method for speed sensor fault based on stator currents in the RFOC induction motor drive
JP5959349B2 (ja) 電気車制御装置および車両駆動システム
US9450483B2 (en) Apparatus and method for controlling inverter by measuring each phase current
JP2009118689A (ja) モータの制御装置
US11073561B2 (en) Insulation deterioration detection device for electric motor
JP6417256B2 (ja) 電動機駆動装置
JP5768255B2 (ja) 永久磁石同期モータの制御装置
JP4066567B2 (ja) 電動機のベクトル制御装置
JP2007089261A (ja) 電力変換装置
JP2004056889A (ja) 電流センサ診断装置
CN113972856A (zh) 用于估计电动马达的单相电阻的方法和装置
KR20020082946A (ko) 유도 전동기의 속도 추정 장치
JP2019205243A (ja) インバータ装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121221

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131218

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150106

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160104

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170102

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180102

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190102

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200102

Year of fee payment: 14