KR100763162B1 - Inverter control apparatus for induction motor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도전동기가 회전되고 있는 상태에서 인버터를 재기동시킬 때 인버터에서 유도전동기의 회전 속도에 상응하는 전압 및 주파수를 출력하여 인버터에 무리가 가지 않게 하는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 주파수 제어부 및 V/F 전압출력기의 출력을 입력받아, 전동기에 흐르는 전류를 이용하여 출력 전압을 제어하는 전압 제어부와; 목표 주파수와 전동기의 여자 전류를 이용하여 출력 주파수를 제어하는 주파수 제어부와; 출력전압을 이용하여 생성한 최소 주파수와 상기 주파수 제어부에 의해 생성된 주파수를 비교하여 최종 출력 주파수를 결정하는 주파수 선택기와; 상기 주파수 제어부에서 출력되는 주파수에 상응되는 전압을 출력하는 V/F 전압출력기에 의해 달성된다.The present invention relates to a technology in which the inverter outputs a voltage and frequency corresponding to the rotational speed of the induction motor when the inverter is restarted while the induction motor is being rotated. The present invention includes a voltage control unit for receiving the output of the frequency control unit and the V / F voltage output unit, and controlling the output voltage using the current flowing in the motor; A frequency controller for controlling the output frequency by using the target frequency and the exciting current of the motor; A frequency selector for determining a final output frequency by comparing a minimum frequency generated using an output voltage with a frequency generated by the frequency controller; It is achieved by a V / F voltage outputter for outputting a voltage corresponding to the frequency output from the frequency control unit.

Description

유도전동기의 인버터 제어 장치{INVERTER CONTROL APPARATUS FOR INDUCTION MOTOR}Inverter control device for induction motors {INVERTER CONTROL APPARATUS FOR INDUCTION MOTOR}

도 1a는 순시 정전시 동작서치 구간을 나타낸 그래프.Figure 1a is a graph showing the operation search section during instantaneous power failure.

도 1b는 상용전원 절체시 동작서치 구간을 나타낸 그래프.Figure 1b is a graph showing the operation search section when switching commercial power.

도 1c는 회전중인 전동기의 기동시 동작서치 구간을 나타낸 그래프.1C is a graph showing an operation search section when starting a rotating motor.

도 2a는 본 발명에 의한 유도전동기의 인버터 제어 장치의 블록도.Figure 2a is a block diagram of the inverter control device of the induction motor according to the present invention.

도 2b는 본 발명에 의한 유도전동기의 인버터 제어 장치의 다른 실시예의 블록도.Figure 2b is a block diagram of another embodiment of the inverter control apparatus of the induction motor according to the present invention.

도 3는 도 2a에서 전압 제어부의 상세 블록도.3 is a detailed block diagram of the voltage controller in FIG. 2A;

도 4는 현재 흐르는 전류와 설정된 정격전류에 따른 전압 상승률 선택 그래프.4 is a graph illustrating a voltage increase rate according to a current flowing and a set rated current.

도 5는 도 2a에서 주파수 제어부의 상세 블록도.FIG. 5 is a detailed block diagram of the frequency controller in FIG. 2A; FIG.

도 6은 본 발명의 동작 영역을 나타낸 그래프. 6 is a graph showing an operating area of the present invention.

도 7은 제어모드 및 회전 방향에 대한 설명도.7 is an explanatory diagram for a control mode and a rotation direction.

도 8의 (a)는 정방향 회전 중 정방향 플라잉 스타트에 대한 실험 결과 표.Figure 8 (a) is a table of experimental results for the forward flying start during the forward rotation.

도 8의 (b)는 역방향 회전 중 정방향 플라잉 스타트에 대한 실험 결과 표.Figure 8 (b) is a table of experimental results for the forward flying start during the reverse rotation.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*** *** Description of the symbols for the main parts of the drawings ***

21 : 전압 제어부 22 : 주파수 제어부21: voltage controller 22: frequency controller

22A : 주파수 선택기 23 : V/F전압 출력기22A: Frequency selector 23: V / F voltage output

본 발명은 인버터 제어방식의 유도전동기에서 인버터를 재기동하는 기술에 관한 것으로, 특히 인버터에서 유도전동기의 회전 속도에 상응하는 전압 및 주파수를 출력하여 인버터에 무리가 가지 않게 하면서 유도전동기를 구동시킬 수 있도록 한 유도전동기의 인버터 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for restarting the inverter in the induction motor of the inverter control method, and in particular to output the voltage and frequency corresponding to the rotational speed of the induction motor in the inverter to drive the induction motor without burdening the inverter An inverter control device of an induction motor.

일반적으로, 인버터로 유도전동기(이하, "전동기"라 칭함)를 구동하는 시스템에서, 여러 가지 이유로 인하여 전동기가 회전되고 있는 상태(예: 순시 정전, 고장 후 재기동, 동일 부하에 전동기를 병렬로 연결한 경우 등)에서 인버터를 기동하여야 하는 경우가 종종 발생된다. 이와 같은 경우, 인버터에서 전동기의 현재 회전 속도에 해당하는 전압 및 주파수를 출력해야만 그 인버터에 무리가 가지 않는다.In general, in a system that drives an induction motor (hereinafter referred to as an "motor") with an inverter, the motor is rotating for various reasons (e.g. instantaneous power failure, restart after failure, and connecting the motor in parallel to the same load). In some cases, it is often necessary to start the inverter. In such a case, the inverter outputs a voltage and a frequency corresponding to the current rotational speed of the motor.

도 1a-도 1c는 속도 서치 기능이 적용되는 구간을 나타낸 것으로, 도 1a는 순시 정전시, 도 1b는 상용전원 절체시, 도 1c는 회전중인 전동기의 기동시 동작서치 구간을 나타낸 그래프이다. 1A to 1C show a section to which a speed search function is applied, and FIG. 1A is a graph showing an operation search section when starting instantaneous power failure, FIG. 1B when switching commercial power, and FIG. 1C when starting a rotating motor.

종래의 전동기에 있어서는 전압 제어방식으로 인버터의 출력 주파수는 일정 목표 주파수를 유지하게 하면서 인버터의 출력전압이 일정 가속시간에 목표 전압에 도달되게 하는 방식을 사용하였다. 또 다른 방식은 출력 전류를 이용하여 출력 주파수를 제어하는 방식인데, 이 방식은 출력 전압의 증가치가 전동기에 흐르는 실제 전류량에 의해 결정되기 때문에 외부에서 가속시간을 별도로 설정할 필요가 없으며, 어떠한 상황이라도 최적으로 전압이 상승하여 목표 전압에 도달한다.In the conventional motor, a voltage control method uses a method in which the output frequency of the inverter reaches the target voltage at a constant acceleration time while maintaining the constant output frequency of the inverter. Another method is to control the output frequency by using the output current. In this method, since the increase of the output voltage is determined by the actual amount of current flowing in the motor, there is no need to set the acceleration time externally, and it is optimal in any situation. The voltage rises to reach the target voltage.

그러나, 이와 같은 종래 전동기의 인버터 제어 기술에 있어서는 주파수를 일정하게 하고 전압만 가변시키는 방식이므로 다음과 같은 문제점이 있었다. 또한 실제 전류를 이용하여 전압을 가변하는 방식은 전압조정 방식보다 발전된 방식이지만 현재까지는 제어모드가 전압/주파수(V/F)모드일 때에만 적용 가능한 제한이 있었다.However, in the inverter control technology of the conventional electric motor, there is a problem as follows because the frequency is fixed and only the voltage is changed. In addition, the method of varying the voltage using the actual current is more advanced than the voltage adjusting method, but until now, there has been a limitation applicable only when the control mode is the voltage / frequency (V / F) mode.

첫째, 가속시간을 부하에 알맞게 사용자가 직접 설정하여야 한다. 관성(Inertia)이 큰 부하에서 가속시간이 짧으면 과부하 트립이 발생하고, 부하가 큰 상태에서 가속 시간이 길어지면 전동기의 속도는 0까지 떨어진다.First, the acceleration time should be set by the user according to the load. If the acceleration time is short at the load with high Inertia, the overload trip occurs. If the acceleration time is long at the load, the speed of the motor drops to zero.

둘째, 부하가 큰 경우 기동이 안된다. 부하가 큰 경우 전동기에 인가되는 주파수는 목표 주파수이기 때문에 전동기 슬립이 0에 가까워 전동기의 발생 토오크가 적어 기동이 안된다. Second, if the load is large, it can not be started. If the load is large, the frequency applied to the motor is the target frequency, so that the motor slip is close to zero, and the generated torque of the motor is small, so starting cannot occur.

셋째, 목표 주파수가 현재 전동기 운전속도에 비해 낮은 경우 회생영역이므로 단순 전압만을 이용하여 운전되지 않는다.Third, if the target frequency is lower than the current motor operation speed, the regenerative area does not operate using only a simple voltage.

넷째, 제어모드가 전압/주파수(V/F)모드가 아닌 센서리스(Sensorless) 모드에서는 동작하지 않는다.Fourth, the control mode does not operate in the sensorless mode other than the voltage / frequency (V / F) mode.

따라서, 본 발명의 목적은 통상의 속도서치 알고리즘이 단순히 전압만을 이용하여 구현되어 발생되는 문제점과, 이를 개선했던 알고리즘을 V/F 모드 뿐만 아니라 센서리스 모드에서도 모두 원활하게 동작하도록 하여 어떠한 상황에서도 인버터에 무리가 가지 않은 상태에서 전동기를 구동하는 인버터 제어장치를 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems caused by the conventional speed search algorithm using only a voltage, and to improve the smooth operation of the algorithm in which the sensorless mode as well as the V / F mode, the inverter under any circumstances The present invention provides an inverter control device for driving an electric motor without difficulty.

도 2a는 본 발명에 의한 유도전동기의 인버터 제어 장치의 일실시 구현예를 나타낸 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 주파수 제어부(22) 및 V/F 전압출력기(23)의 출력을 입력받아, 전동기에 흐르는 전류를 이용하여 출력 전압을 제어하는 전압 제어부(21)와; 목표 주파수와 전동기의 여자 전류를 이용하여 출력 주파수를 제어하는 주파수 제어부(22)와; 출력전압을 이용하여 생성한 최소 주파수와 상기 주파수 제어부(22)에 의해 생성된 주파수를 비교하여 최종 출력 주파수를 결정하는 주파수 선택기(22A)와; 상기 주파수 제어부(22)에서 출력되는 주파수에 상응되는 전압을 출력하는 V/F 전압출력기(23)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 3 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Figure 2a is a block diagram showing an embodiment of the inverter control apparatus of the induction motor according to the present invention, as shown therein, the output of the frequency control unit 22 and the V / F voltage output unit 23, the electric motor A voltage controller 21 for controlling the output voltage by using a current flowing in the; A frequency controller 22 for controlling the output frequency by using the target frequency and the exciting current of the motor; A frequency selector (22A) for determining a final output frequency by comparing the minimum frequency generated using the output voltage with the frequency generated by the frequency controller (22); The V / F voltage output unit 23 outputs a voltage corresponding to the frequency output from the frequency control unit 22. The operation of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. As follows.

전압제어부(21)에서는 전동기에 흐르는 전류를 이용하여 출력 전압을 제어하는 역할을 수행하는데 도 3을 참조하여 이의 작용을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.The voltage controller 21 controls the output voltage by using the current flowing in the motor. The operation thereof will be described in more detail with reference to FIG. 3.

가산기(31)에서 전동기의 정격전류와 검출전류의 차 값이 구해지고, 그 차 값은 상수 곱셈기(32)에서 상수 K와 곱해진다. 상기 상수 K가 곱해진 주파수와 이미 결정된 출력전압에 해당하는 최소 주파수(F1)가 다음 단의 가산기(33)에서 더해진 후 V/F 전압출력기(34)를 통해 그 주파수에 비례하는 전압으로 출력된다.In the adder 31, the difference value between the rated current and the detection current of the motor is obtained, and the difference value is multiplied by the constant K in the constant multiplier 32. The frequency multiplied by the constant K and the minimum frequency F1 corresponding to the determined output voltage are added by the adder 33 of the next stage and then output as a voltage proportional to the frequency through the V / F voltage outputr 34. .

출력전압은 0부터 목표전압까지 상승하는데, 현재 전동기에 흐르는 전류값이 설정된 정격전류값에 비하여 일정치 이하인 경우에는 전압 상승값을 적게하여 최단시간에 목표전압에 도달되도록 한다.(도 4 참조)The output voltage rises from 0 to the target voltage. When the current value flowing through the motor is less than a predetermined value compared to the set rated current value, the voltage rise value is decreased to reach the target voltage in the shortest time (see Fig. 4).

주파수 제어부(22)에서는 목표 주파수와 전동기의 여자 전류를 이용하여 출력 주파수를 제어하는 역할을 수행하는데, 이의 작용을 도 5를 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다. The frequency controller 22 controls the output frequency by using the target frequency and the exciting current of the motor. The operation thereof will be described in more detail with reference to FIG. 5.

가산기(51)에서 전동기의 여자전류 기준치와 여자전류 검출치의 차 값이 구해지고, 이는 비례적분 제어기(52)를 통해 비례적분된다. 상기 비례적분 제어기(52)의 출력 주파수가 가산기(53)에서 목표 주파수와 더해진 후 주파수 변환부(54)를 통해 출력된다.In the adder 51, a difference value between the excitation current reference value of the motor and the excitation current detection value is obtained, which is proportionally integrated through the proportional integration controller 52. The output frequency of the proportional integral controller 52 is added to the target frequency in the adder 53 and then output through the frequency converter 54.

즉, 출력주파수는 목표 주파수를 시작으로 전동기에 흐르는 d축 성분전류값(여자전류)이 기준전류값 이상이면 주파수를 감소시켜 전동기의 속도를 추정하도록 하고, d축 성분 전류값이 기준전류값 이하로 되면 다시 출력 주파수를 증가시키게 된다. In other words, if the d-axis component current value (excitation current) flowing to the motor starts from the target frequency, the output frequency is decreased to estimate the speed of the motor by decreasing the frequency, and the d-axis component current value is less than the reference current value. Will increase the output frequency again.

상기 주파수 제어부(22)의 내부에 장착된 주파수 선택기(22A)에서는 출력전압을 이용하여 생성한 최소 주파수와 주파수 제어부(22)에 의해 생성된 주파수를 비교하여 최종 출력 주파수를 결정한다. The frequency selector 22A mounted inside the frequency controller 22 compares the minimum frequency generated using the output voltage with the frequency generated by the frequency controller 22 to determine the final output frequency.

일반적으로, 유도전동기는 전압/주파수(V/F) 비율이 일정(예: 60Hz : 220V)하므로 그 이상의 전압(예: 60Hz : 300V)이 인가되면 전동기가 소손되거나 인버터에 과전류가 흐르게 된다. In general, induction motors have a constant voltage / frequency (V / F) ratio (for example, 60 Hz: 220 V), and when more voltages (for example, 60 Hz: 300 V) are applied, the motor is damaged or overcurrent flows through the inverter.

따라서, 본 발명에서는 이를 감안하여 상기 전압제어부(21)에서 구한 전압을 근거로 최소 출력 주파수를 결정하고, 상기 주파수 제어부(22)의 출력 주파수가 기 설정된 최소 주파수 이하로 하강되면 최종 출력 주파수는 전압 제어부(21)에서 결정된 최소 주파수가 출력되도록 하였다.Accordingly, in the present invention, the minimum output frequency is determined based on the voltage obtained by the voltage controller 21, and when the output frequency of the frequency controller 22 falls below a preset minimum frequency, the final output frequency is a voltage. The minimum frequency determined by the controller 21 is output.

일반적으로, 상기 최소 주파수는 V/F 제어방식에서 사용되는 V/F 비율을 이용하여 결정하게 된다. In general, the minimum frequency is determined using the V / F ratio used in the V / F control method.

도 6은 본 발명에 의한 인버터 제어 장치의 동작 주파수 영역을 나타낸 것이고, 도 7은 본 발명에 의한 제어모드 및 회전 방향에 관한 그래프로서 전동기의 회전 방향이 반대인 경우 또는 V/F 제어의 오토 토크(Auto Torque) 및 센서리스 제어 모드에서 플라잉 스타트(Flying Start) 기능을 사용할 수 있다. Figure 6 shows the operating frequency range of the inverter control device according to the present invention, Figure 7 is a graph of the control mode and the rotation direction according to the present invention when the rotation direction of the motor is reversed or auto torque of V / F control The Flying Start feature is available in Auto Torque and Sensorless Control modes.

도 8의 (a)는 정방향 회전 중 정방향 플라잉 스타트에 대한 실험 결과를 나타낸 것이고, 도 8의 (b)는 역방향 회전 중 정방향 플라잉 스타트에 대한 실험 결과를 나타낸 것이다.8 (a) shows the experimental results for the forward flying start during the forward rotation, Figure 8 (b) shows the experimental results for the forward flying start during the reverse rotation.

한편, 도 2b는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 도 2a와 전반적인 동작 원리는 유사하다. 하지만, 도 2a는 제어모드가 V/F인 경우 오토 토크 부스트(Auto Torque Boost)를 사용할 때 적용되도록 한 것에 비하여, 도 2b는 제어모드가 센서리스(Sensorless) 모드인 경우 전압 제어부(21A)에 오픈 루프 제어 대신 클로즈 루프 제어에 대한 변환 알고리즘이 적용된 것이 다른 점이다.On the other hand, Figure 2b shows another embodiment of the present invention, the overall operation principle is similar to Figure 2a. However, FIG. 2A shows that the control mode is applied when using Auto Torque Boost when the control mode is V / F, while FIG. 2B shows the voltage controller 21A when the control mode is the sensorless mode. The difference is that the conversion algorithm for closed loop control is applied instead of open loop control.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 전동기가 회전되고 있는 상태에서 인버터를 기동시킬 때 인버터에서 유도전동기의 회전 속도에 상응하는 전압 및 주파수를 출력하도록 함으로써, 인버터에 무리가 가지 않게 하면서 유도전동기를 구동시킬 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention allows the inverter to output a voltage and frequency corresponding to the rotational speed of the induction motor when the inverter is started while the motor is being rotated, thereby driving the induction motor without causing a burden on the inverter. It can be effected.

Claims (4)

미리 설정된 정격전류과 전동기에 흐르는 검출전류의 차 값을 구하고, 구한 차 값에 미리 설정된 상수를 곱해 주파수로 변환하고, 이전의 변환된 주파수에 상기 변환된 주파수를 가산하여 최소 주파수를 구하며, 상기 최소 주파수를 전압 대비 주파수 비율에 의해 전압으로 변환하여 최종 출력 전압을 출력하는 전압 제어부와;Obtaining a difference value between a preset rated current and a detection current flowing in the motor, multiplying the obtained difference value by a predetermined constant, converting to a frequency, adding the converted frequency to a previous converted frequency, and obtaining a minimum frequency; A voltage controller converting the voltage into a voltage by a voltage-to-frequency ratio and outputting a final output voltage; 미리 설정된 여자전류 기준치와 전동기의 여자전류 검출치의 차 값을 구하고, 구한 차 값을 비례적분하여 주파수로 변환하고, 변환된 주파수와 미리 설정된 목표주파수의 차 값을 최종 출력 주파수로서 출력하는 주파수 제어부와;A frequency controller which obtains a difference value between the preset excitation current reference value and the excitation current detection value of the motor, converts the obtained difference value into a frequency by proportionally integrating the result, and outputs the difference value between the converted frequency and the preset target frequency as a final output frequency; ; 상기 전압 제어부에서 구한 최소 주파수와 상기 주파수 제어부로부터 출력된 출력 주파수를 비교하여 상기 주파수 제어부로부터 출력된 출력 주파수가 상기 최소 주파수보다 작거나 같으면 상기 최소 주파수를 최종 출력 주파수로서 결정하는 주파수 선택기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 유도전동기의 인버터 제어 장치.And a frequency selector for comparing the minimum frequency obtained by the voltage controller with an output frequency output from the frequency controller to determine the minimum frequency as the final output frequency when the output frequency output from the frequency controller is less than or equal to the minimum frequency. Inverter control device of the induction motor, characterized in that configured. 제1항에 있어서, 전압 제어부는 전동기의 정격전류와 검출전류의 차 값을 구하는 제1가산기와; 상기 차 값에 상수 K를 곱하여 주파수로 변환하는 상수 곱셈기와; 이전의 변환된 주파수에 상기 변환된 주파수를 가산하여 최소 주파수를 구하는 제2가산기와; 상기 최소 주파수를 전압 대비 주파수 비율에 의해 전압으로 변환하여 최종 출력 전압을 출력하는 V/F 전압출력기로 구성된 것을 특징으로 하는 유도전동기의 인버터 제어 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the voltage controller comprises: a first adder for obtaining a difference value between a rated current and a detected current of the motor; A constant multiplier for converting the difference value into a frequency by multiplying the difference value by a constant K; A second adder for adding the converted frequency to a previous converted frequency to obtain a minimum frequency; Inverter control device of the induction motor, characterized in that for converting the minimum frequency into a voltage by the ratio of the frequency to the voltage to output a final output voltage. 제1항에 있어서, 주파수 제어부는 미리 설정된 여자전류 기준치와 전동기의 여자전류 검출치의 차 값을 구하는 제1가산기와; 상기 제1가산기의 출력값을 비례적분하여 주파수로 변환하는 비례적분 제어기와; 상기 비례적분 제어기의 출력 주파수와미리 설정된 목표 주파수의 차 값을 구하는 제2가산기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유도전동기의 인버터 제어 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the frequency controller comprises: a first adder for obtaining a difference value between a preset excitation current reference value and an excitation current detection value of the motor; A proportional integral controller for proportionally integrating the output value of the first adder and converting the frequency into a frequency; And a second adder for obtaining a difference value between an output frequency of the proportional integral controller and a preset target frequency. 삭제delete
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