KR100845110B1 - 센서리스 인버터의 관성 모멘트 추정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서리스 인버터의 관성 모멘트 추정방법에 관한 것으로, (가) 정상 가동중의 유도 전동기로부터 전압 및 전류를 검출하는 단계와; (나) 상기 검출된 전압 및 전류를 이용하여 자속을 계산하여 속도를 추정하는 단계와; (다) 추정된 상기 추정 속도, 자속 전류 지령치 및 토크 전류 지령치를 이용하여 관성 모멘트를 추정하는 단계와; (라) 상기 추정된 관성 모멘트로부터 게인을 연산하여 속도를 제어하는 단계를 제공함으로써, 속도 검출용 센서를 구비하지 않는 센서리스 벡터 제어 방식 인버터에 있어서 관성 모멘트를 추정하여 게인을 연산함으로써 속도 제어기의 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.
센서리스 인버터, 관성 모멘트

Description

센서리스 인버터의 관성 모멘트 추정방법 {Estimating method of inertia moment for sensorless inverter}
도 1은 종래 기술에 의한 벡터 제어장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 센서리스 인버터의 관성 모멘트 추정시스템를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2 센서리스 인버터의 관성 모멘트 추정시스템의 관성 모멘트 추정 단계를 나타내는 순서도이다.
<< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >>
1 : 제1비교기 2 : 속도 제어기
3 : 제2비교기 4 : 전류 제어기
5 : 전압 좌표변환기 6 : 3상 전압변환기
7 : 벡어제어 인버터 8 : 제3비교기
9 : 관성 추정부 10 : 속도제어기 게인 연산부
11 : 슬립 연산기 12 : 가산기
13 : 적분기 14 : 전류 좌표변환기
15 : 2상 전류변환기 16 : 속도 검출기
17 : 유도전동기
본 발명은 센서리스 인버터의 관성 모멘트 추정방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 속도 검출센서를 구비하지 않은 센서리스 벡터 제어 방식의 인버터에 있어서 센서리스 알고리즘에 의해 산출된 추정 속도를 이용하여 속도 제어 특성을 향상시킬 수 있는 센서리스 인버터의 관성 모멘트 추정방법에 관한 것이다.
인버터란 전기적으로 직류를 교류로 변환하는 장치로서, 상용 전원으로부터 공급된 전력을 입력받아 인버터 내에서 전압과 주파수를 가변시켜 유도 전동기에 공급함으로써 유도 전동기의 속도를 제어하는 장치이다. 여기서, 인버터는 유도 전동기의 연속적인 광범위 가변속 운전이 가능하며, 유도 전동기 제어로 보수성과 내환경성 우수하고 소프트 정지/시동, 시동전류 저하, 전기적 제동 용이, 고속 운전 가능, 전력 절감 등의 장점이 있다.
이러한 인버터의 종류는 전압/전류 주회로 방식, PWM/PAM 스위칭 방식 등으로 분류되며 제어 방식으로는 V/F제어, 센서리스제어, 벡터제어 등이 있다.
도 1을 참조하여 종래 기술에 의한 벡터 제어장치의 작동 관계를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 종래 기술에 의한 벡터 제어장치는 속도 검출기(16), 제 1 비교기(1), 속도 제어기(2), 제 2 비교기(3), 제 3 비교기(8), 전류 제어기(4), 전압 좌표변환기(5), 3상 전압변환기(6), 벡터제어 인버터(7), 2상 전류변환기(15), 전류 좌표변환기(14), 슬립 연산기(11), 제 1 가산기(12), 적분기(13), 관성 추정부(9) 및 게인 연산부(10)를 포함하여 구성된다.
속도 검출기(16)는 외부로부터 입력되는 지령(指令) 속도(
Figure 112008014290615-pat00001
)와, 유도전동기(IM)의 회전 속도를 검출한다. 제1비교기(1)는 속도 검출기(16)에서 검출한 회전 속도(
Figure 112008014290615-pat00002
)와 외부로부터 입력되는 지령 속도(
Figure 112008014290615-pat00003
)를 비교하고 그 비교에 따른 오차를 출력한다. 속도 제어기(2)는 제1비교기(1)에서 출력되는 속도에 의한 오차를 보상하기 위한 토크 전류 지령치(
Figure 112008014290615-pat00004
)를 출력한다. 제2비교기(3)는 속도 제어기(2)에서 출력되는 토크 전류 지령치(
Figure 112008014290615-pat00005
)와 실제 토크 전류(
Figure 112008014290615-pat00006
)를 비교하여 출력한다.
참고로, 사용되는 기호에서 아랫첨자 's'는 고정자를, 'r'은 회전자를 의미하며, 윗첨자 's'는 고정 좌표계를, 'e'는 회전 좌표계를 의미하는 것으로 사용하였다. 또한, 아랫첨자 'q'는 q축을, 'd'는 d축을 의미하며, 윗첨자 '*'는 지령을 나타내며, '^'는 추정을 나타내는 것으로 하였다. 예를 들어
Figure 112008014290615-pat00213
는 고정자의 q축 전류의 회전좌표계 지령을 의미한다.
제3비교기(8)는 외부로부터 입력되는 자속 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00007
)와 실제 출력되 는 자속 전류(
Figure 112006098569782-pat00008
)를 비교하여 출력한다. 전압 좌표변환기(5)는 제2비교기(3)와 제3비교기(8)에서 비교된 후 출력되는 토크분 전류와 자속분 전류를 제어기를 통해 각각 자속분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00009
)와 토크분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00010
)를 생성하여 출력하는 전류 제어기(4)와, 전류 제어기(4)에서 출력되는 회전좌표에서의 자속분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00011
)와 토크분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00012
)를 회전좌표에서 고정좌표로 변환시켜 출력한다.
3상 전압변환기(6)는 전압 좌표변환기(5)에서 출력된 고정좌표에서의 자속분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00013
)와 토크분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00014
)를 고정좌표의 3상 전압 (
Figure 112006098569782-pat00015
,
Figure 112006098569782-pat00016
,
Figure 112006098569782-pat00017
)으로 변환시켜 출력된다. 벡터제어 인버터(7)는 3상 전압변환기(6)의 3상 전압(
Figure 112006098569782-pat00018
,
Figure 112006098569782-pat00019
,
Figure 112006098569782-pat00020
)을 유도전동기(IM)로 인가하여 회전시킨다. 2상 전류변환기(15)는 유도전동기(IM)에서 회전시 검출되는 3상 전류(
Figure 112006098569782-pat00021
,
Figure 112006098569782-pat00022
,
Figure 112006098569782-pat00023
)를 받아 고정좌표계의 d축과 q축으로 변환시킨 전류(
Figure 112006098569782-pat00024
,
Figure 112006098569782-pat00025
)를 출력한다.
전류 좌표변환기(14)는 2상 전류변환기(15)에서 출력되는 고정좌표의 전류(
Figure 112006098569782-pat00026
,
Figure 112006098569782-pat00027
)를 회전좌표의 실제 자속분 전류(
Figure 112006098569782-pat00028
)와 토크분 전류(
Figure 112006098569782-pat00029
)로 변환 시켜 출력한다. 슬립 연산기(11)는 속도 제어기(2)에서 출력되는 토크 전류 지 령치(
Figure 112006098569782-pat00030
)와 상기 외부로부터 입력되는 자속 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00031
)와 유도 전동기 회전자 시정수(
Figure 112006098569782-pat00032
)를 이용하여 슬립 주파수(
Figure 112006098569782-pat00033
)를 계산한다. 제1가산기(12)는 슬립 연산기(11)에서 계산된 슬립 주파수(
Figure 112006098569782-pat00034
)와 속도 검출기(16)에서 검출된 속도(
Figure 112006098569782-pat00035
)를 합산한다.
적분기(13)는 제1가산기(12)에서 더한 값을 적분하여 전압 좌표변환기(5)와 전류 좌표변환기(14)에서 사용되는 회전자 자속의 위치(θ)를 설정한다. 관성 추정부(9)는 속도 제어기(2)에서 출력되는 토크 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00036
)와 외부로부터 입력되는 자속 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00037
)와 속도 검출기(16)에서 검출한 회전 속도(
Figure 112006098569782-pat00038
)를 이용하여 관성 모멘트를 추정한다. 속도제어기 Gain 연산부(10)는 관성 추정부(9)에서 추정한 관성 모멘트를 이용하여 속도 제어기(2)의 게인을 연산한다.
이와 같이 구성된 종래 기술에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 유도전동기(IM)가 회전하게 되면 속도 검출기(16)에서 회전속도(
Figure 112006098569782-pat00039
)를 검출하고, 그 검출한 속도를 출력한다. 외부로부터 입력되는 지령 속도(
Figure 112006098569782-pat00040
)가 제1비교기(1)의 비반전단자(+)로 입력되면, 제1비교기(2)는 그의 반전단자(-)로 입력되는 속도 검 출기(16)로부터의 회전 속도(
Figure 112006098569782-pat00041
)를 받아 두 값의 오차를 구하여 속도 제어기(2)로 출력한다. 또한 외부로부터 입력되는 자속 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00042
)를 제2비교기의 비반전단자(+)로 입력한다. 유도전동기(IM)의 회전시 유도전동기(IM)에서 검출한 3상 전류(
Figure 112006098569782-pat00043
,
Figure 112006098569782-pat00044
,
Figure 112006098569782-pat00045
)를 2상 전류변환기(15)에서 고정좌표계 2상 전류(
Figure 112006098569782-pat00046
,
Figure 112006098569782-pat00047
)를 각각 출력한다. 2상 전류변환기(15)에서 출력한 고정좌표계 2상 전류(
Figure 112006098569782-pat00048
,
Figure 112006098569782-pat00049
)는 전류 좌표변환기(14)에 입력되어 회전좌표의 실제 자속분 전류(
Figure 112006098569782-pat00050
)와 토크분 전류(
Figure 112006098569782-pat00051
)를 출력한다.
이에 전류 좌표변환기(14)에서 출력되는 자속분 전류(
Figure 112006098569782-pat00052
)는 제3비교기(8)의 반전단자(-)로 출력한다. 그러면 제3비교기(8)는 외부로부터 입력되는 자속 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00053
)와 전류 좌표변환기(14)에서 출력되는 실제 자속 전류(
Figure 112006098569782-pat00054
)와의 오차를 구하여 전류 제어기(4)로 출력한다. 그리고 제2비교기(3)는 속도 제어기(2)에서 출력되는 토크 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00055
)를 비반전단자(+)로 입력받고 전류 좌표변환기(14)에서 출력되는 실제 토크 전류(
Figure 112006098569782-pat00056
)를 반전단자(-)로 입력받아 두 값의 오차를 구하고, 그 구한 오차를 전류 제어기(4)로 출력한다. 그러면 제2비교기에서 출력되는 토크분 전류와 제3비교기에서 출력되는 자속분 전류를 입력으로 받은 전류 제어기(4)는 제어를 통하여 자속분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00057
)와 토크분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00058
) 를 전압 좌표변환기(5)로 출력한다.
전압 좌표변환기(5)는 자속분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00059
)와 토크분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00060
)를 입력으로 받아 3상 전압변환기(6)를 통해 3상 전압(
Figure 112006098569782-pat00061
,
Figure 112006098569782-pat00062
,
Figure 112006098569782-pat00063
)으로 변환시켜 벡터제어 인버터(7)로 제공한다. 이에 벡터제어 인버터(7)는 3상 전압(
Figure 112006098569782-pat00064
,
Figure 112006098569782-pat00065
,)을 유도전동기(IM)에 인가한다. 따라서 유도전동기(IM)는 회전하고, 이 때 전류 좌표변환기(15)와 2상 전류변환기(14)를 통해 실제 회전좌표로 d 축과 q 축으로 변환한 실제 자속분 전류(
Figure 112006098569782-pat00067
)와 토크분 전류(
Figure 112006098569782-pat00068
)를 생성하고, 이렇게 생성된 전류중 자속 전류(
Figure 112006098569782-pat00069
)는 제3비교기(8)로 출력하고, 토크 전류(
Figure 112006098569782-pat00070
)는 제2비교기로 출력한다. 그리고 슬립 연산기(11)는 속도 제어기(2)에서 출력되는 토크 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00071
)와 외부로부터 입력되는 자속 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00072
)와 유도전동기 회전자 시정수를 이용하여 슬립 주파수(
Figure 112006098569782-pat00073
)를 계산하여 제1가산기(12)의 일측단자로 출력한다. 그러면 가산기(12)는 속도 검출기(16)에서 출력되 는 속도(
Figure 112006098569782-pat00074
)와 슬립 연산기(11)에서 출력되는 슬립 주파수(
Figure 112006098569782-pat00075
)을 더하여 적분기(13)로 출력하고, 적분기(13)는 가산기(12)에서 출력되는 값에 대하여 적분한 값 즉, 회전자 자속의 위치(θ)를 전압 좌표변환기(5)와 전류 좌표변환기(14)로 출력한다. 따라서 전압 좌표변환기(5)와 전류 좌표변환기(14)는 적분기(13)로부터 입력되는 회전자 자속의 위치(θ)에 따라 좌표변환을 제어한다. 또한 관성 추정부(9)는 속도 제어기(2)에서 출력되는 토크 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00076
), 외부로부터 입력되는 자속 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00077
)와 속도 검출기(16)를 이용하여 수학식 1과 같이 관성 모멘트를 계산하고, 관성 추정부(9)에서 추정한 관성 모멘트를 이용하여 속도 제어기 게인 연산부(10)에서 속도 제어기(2)에 필요한 게인에 관련된 수학식 2 및 3과 같이 연산한다.
Figure 112006098569782-pat00078
단,
Figure 112008014290615-pat00079
이고,
Figure 112008014290615-pat00080
이다. Lm은 상호 인덕턴스, Lr은 회전자 인덕턴스
Figure 112006098569782-pat00081
Figure 112006098569782-pat00082
단.
Figure 112006098569782-pat00083
속도제어기 P 게인(Gain),
Figure 112006098569782-pat00084
속도 제어기 I 게인,
Figure 112006098569782-pat00085
는 속도 제어기 컷-오프(Cut-off) 주파수,
Figure 112006098569782-pat00086
는 전동기 토크 상수이다.
이상과 같은 종래 기술은 관성 모멘트를 추정하고, 속도 제어기의 Gain을 구한 후, 속도 제어 특성을 향상 시키려면 유도 전동기 속도를 검출할 수 있는 속도 검출기가 필요하기 때문에 속도 검출기를 장착하지 않은 센서리스 벡터 제어 방식 인버터의 경우 속도를 검출하지 못하므로 관성 모멘트를 추정할 수 없는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출된 본 발명의 목적은, 속도 검출센서를 구비하지 않은 센서리스 벡터 제어 방식의 인버터에 있어서 센서리스 알고리즘에 의해 산출된 추정 속도를 이용하여 속도 제어 특성을 향상시킬 수 있는 센서리스 인버터의 관성 모멘트 추정방법을 제공함에 있다.
이러한 본 발명의 목적은, (가) 정상 가동중의 유도 전동기로부터 전압 및 전류를 검출하는 단계와; (나) 상기 검출된 전압 및 전류를 이용하여 자속을 계산하여 속도를 추정하는 단계와; (다) 추정된 상기 추정 속도, 자속 전류 지령치 및 토크 전류 지령치를 이용하여 관성 모멘트를 추정하는 단계와; (라) 상기 추정된 관성 모멘트로부터 게인을 연산하여 속도를 제어하는 단계를 포함하는 센서리스 인버터의 관성 모멘트 추정방법에 의해 달성될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 상기 (다)단계의 상기 자속 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00087
)는 외부에서 입력되는 전류이며, 상기 토크 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00088
)는 속도 제어기에서 출력되는 전류이다.
바람직하게는, 본 발명의 상기 (다)단계의 관성 모멘트(Jm)은,
Figure 112006098569782-pat00089
, 단
Figure 112006098569782-pat00090
,
Figure 112006098569782-pat00091
상기 식에 의해 추정되며, 상기 Lm은 상호 인덕턴스, 상기 Lr은 회전자 인덕턴스 그리고 상기
Figure 112006098569782-pat00092
은 추정 속도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 센서리스 인버터의 관성 모멘트 추정시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 센서리스 인버터의 관성 모멘트 추정시스템은 속도 검출기(속도 추정부)(16), 제 1 비교기(1), 속도 제어기(2), 제 2 비교기(3), 제 3 비교기(8), 전류 제어기(4), 전압 좌표변환기(5), 3상 전압변환기(6), 2상 전류변환기(15), 전류 좌표변환기(14), 슬립 연산기(11), 제 1 가산기(12), 적분기(13), 자속 추정부(17), 관성 추정부(9) 및 속도제어기 게인 연산부(10)를 포함하여 구성된다.
속도 추정부(16)는 외부로부터 입력되는 지령 속도(
Figure 112006098569782-pat00093
)와, 유도전동기(IM)의 회전 속도를 추정(
Figure 112006098569782-pat00094
)한다. 제1비교기(1)는 토크 속도 속도 추정부(16)에서 추정한 추정 속도(
Figure 112006098569782-pat00095
)와 토크 외부로부터 입력되는 지령 속도(
Figure 112006098569782-pat00096
)를 비교하고 그 비교에 따른 오차를 출력한다. 속도 제어기(2)는 토크 제1비교기(1)에서 출력되는 속도에 의한 오차를 보상하기 위한 토크 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00097
)를 출력한다. 제2비교기(3)는 토크 속도 제어기(3)에서 출력되는 토크 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00098
)와 실제 토크 전류(
Figure 112006098569782-pat00099
)를 비교하여 출력한다.
제3비교기(8)는 외부로부터 입력되는 자속 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00100
)와 실제 출력되는 자속 전류(
Figure 112006098569782-pat00101
)를 비교하여 출력한다. 전류 제어기(4)는 토크 제2비교기(3)와 제3비교기(8)에서 비교된 후 출력되는 토크분 전류와 자속분 전류를 제어기를 통해 각각 자속분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00102
)와 토크분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00103
)를 생성하여 출력한다. 전압 좌표변환기(5)는 토크 전류 제어기(4)에서 출력되는 회전좌표에서의 자속분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00104
)와 토크분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00105
)를 회전좌표에서 고정좌표로 변환시켜 출력한다. 3상 전압변환기(6)는 토크 전압 좌표변환기(5)에서 출력된 고정좌표에서의 자속분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00106
)와 토크분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00107
)를 고정좌표의 3상 전압(
Figure 112006098569782-pat00108
,
Figure 112006098569782-pat00109
,
Figure 112006098569782-pat00110
)으로 변환시켜 출력한다.
2상 전류변환기(15)는 토크 3상 전압변환기(6)의 3상 전압(
Figure 112006098569782-pat00111
,
Figure 112006098569782-pat00112
,
Figure 112006098569782-pat00113
)을 유도전동기(18)로 인가하여 회전시키도록 하는 벡터제어 인버터(7)와, 토크 유도전동기(18)에서 회전시 검출되는 3상 전류(
Figure 112006098569782-pat00114
,
Figure 112006098569782-pat00115
,
Figure 112006098569782-pat00116
)를 받아 고정좌표계의 d축과 q축으로 변환시킨 전류(
Figure 112006098569782-pat00117
,
Figure 112006098569782-pat00118
)를 출력한다. 전류 좌표변환기(14)는 토크 2상 전류변환기(15)에서 출력되는 고정좌표의 전류(
Figure 112006098569782-pat00119
,
Figure 112006098569782-pat00120
)를 회 전좌표의 실제 자속분 전류(
Figure 112006098569782-pat00121
)와 토크분 전류(
Figure 112006098569782-pat00122
)로 변환시켜 출력한다. 슬립 연산기(11)는 토크 속도 제어기(2)에서 출력되는 토크 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00123
)와 토크 외부로부터 입력되는 자속 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00124
)와 유도 전동기 회전자 시정수(
Figure 112006098569782-pat00125
)를 이용하여 슬립 주파수(
Figure 112006098569782-pat00126
)를 계산한다. 제1가산기(12)는 토크 슬립 연산기(11)에서 계산된 슬립 주파수(
Figure 112006098569782-pat00127
)와 속도추정부(16)에서 추정한 추정 속도(
Figure 112006098569782-pat00128
)를 합산한다.
적분기(13)는 토크 제1가산기(12)에서 더한 값을 적분하여 토크 전압 좌표변환기(5)와 토크 전류 좌표변환기(14)에서 사용되는 회전자 자속의 위치(θ)를 설정한다. 자속 추정부(17)는 토크 전압 좌표변환기(5)에서 출력된 고정좌표에서의 자속분 전압 지령치(
Figure 112008014290615-pat00129
)와 토크분 전압 지령치(
Figure 112008014290615-pat00130
)와 2상 전류변환기(15)에서 출력된 고정좌표의 전류(
Figure 112008014290615-pat00131
,
Figure 112008014290615-pat00132
) 및 전동기 파라미터(
Figure 112008014290615-pat00133
,
Figure 112008014290615-pat00134
,
Figure 112008014290615-pat00135
,
Figure 112008014290615-pat00136
)를 이용하여 회전좌표의 회전자 자속을 출력(
Figure 112008014290615-pat00137
,
Figure 112008014290615-pat00138
)한다. 관성 추정부(9)는 토크 자속 추정부에서 출력되는 회전좌표의 회전자 자속(
Figure 112008014290615-pat00139
,
Figure 112008014290615-pat00140
)을 이용하여 유도 전동기(18)의 회전 속도를 추정하는 속도 추정부(16)와 토크 속도 제어기(2)에서 출력되는 토크 전류 지령치(
Figure 112008014290615-pat00141
)와 외부로부터 입력되는 자속 전류 지령치(
Figure 112008014290615-pat00142
)와 토크 유도전동기(IM)의 회전 속도를 추정하는 속도 추정부(16)에서 출력하는 추정 속도(
Figure 112008014290615-pat00143
)를 이용하여 관성 모멘트를 추정한다. 속도제어기 게인 연산부(10)는 토크 관성 추정부(9)에서 추정한 관성 모멘트를 이용하여 토크 속도 제어기(2)의 게인을 연산한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 유도전동기(18)가 회전하게 되면, 전압 좌표변환기(5)에서 출력된 고정좌표에서의 자속분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00144
)와 토크분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00145
)와 2상 전류변환기(15)에서 출력된 고정좌표의 전류(
Figure 112006098569782-pat00146
,
Figure 112006098569782-pat00147
) 및 전동기 파라미터(
Figure 112006098569782-pat00148
,
Figure 112006098569782-pat00149
,
Figure 112006098569782-pat00150
,
Figure 112006098569782-pat00151
)를 이용하여 자속 추정부(17)에서 회전좌표의 회전자 자속(
Figure 112006098569782-pat00152
,
Figure 112006098569782-pat00153
)을 출력한다. 이 때 회전자 자속은 수학식 4와 같이 구현된다.
Figure 112006098569782-pat00154
이 때
Figure 112006098569782-pat00155
는 전압 모델을 이용한 회전자 자속을 의미하며
Figure 112006098569782-pat00156
는 전류 모델을 이용한 회전자 자속을 의미한다.
자속 추정부(17)에서 출력된 회전자 자속(
Figure 112006098569782-pat00157
,
Figure 112006098569782-pat00158
)을 이용하여 속도 추(16)에서 전동기 회전 속도(
Figure 112006098569782-pat00159
)를 추정한다. 이 때 전동기 추정 속도(
Figure 112006098569782-pat00160
)는 수학식 5 및 6과 같이 구한다.
Figure 112006098569782-pat00161
Figure 112006098569782-pat00162
속도 지령치(
Figure 112008014290615-pat00163
)가 제1비교기(1)의 비반전단자(+)로 입력되면, 제1비교기(1)는 그의 반전단자(-)로 입력되는 추정 속도(
Figure 112008014290615-pat00164
)를 받아 두 값의 오차를 구하여 속도 제어기(2)로 출력한다. 또한 외부로부터 입력되는 자속 전류 지령치(
Figure 112008014290615-pat00165
)를 제3비교기(8)의 비반전단자(+)로 입력한다. 유도전동기(18)의 회전시 유도전동기(18)에서 검출한 3상 전류(
Figure 112008014290615-pat00166
,
Figure 112008014290615-pat00167
,
Figure 112008014290615-pat00168
)를 2상 전류변환기(15)에서 고정좌표계 2상 전류(
Figure 112008014290615-pat00169
,
Figure 112008014290615-pat00170
)를 각각 출력한다. 2상 전류변환기(15)에서 출력한 고정좌표계 2상 전류(
Figure 112008014290615-pat00171
,
Figure 112008014290615-pat00172
)는 전류 좌표변환기(14)에 입력되어 회전좌표의 실제 자속분 전류(
Figure 112008014290615-pat00173
)와 토크분 전류(
Figure 112008014290615-pat00174
)를 출력한다. 이에 전류 좌표변환기(14)에서 출력되는 자속분 전류(
Figure 112008014290615-pat00175
)는 제3비교기(8)의 반전단자(-)로 출력한다. 그러면 제3비교기(8)는 외부로부터 입력되는 자속 전류 지령치(
Figure 112008014290615-pat00176
)와 전류 좌표변환기(14)에서 출력되는 실제 자속 전류(
Figure 112008014290615-pat00177
)와의 오차를 구하여 전류 제어기(4)로 출력한다.
그리고 제2비교기(3)는 속도 제어기(2)에서 출력되는 토크 전류 지령치(
Figure 112006098569782-pat00178
)를 비반전단자(+)로 입력받고 전류 좌표변환기(14)에서 출력되는 실제 토크 전류(
Figure 112006098569782-pat00179
)를 반전단자(-)로 입력받아 두 값의 오차를 구하고, 그 구한 오차를 전류 제어기(4)로 출력한다. 그러면 제2비교기에서 출력되는 토크분 전류와 제3비교기에서 출력되는 자속분 전류를 입력으로 받은 전류 제어기(4)는 제어를 통하여 자속분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00180
)와 토크분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00181
) 를 전압 좌표변환기(5)로 출력한다. 전압 좌표변환기(5)는 자속분 전압 지령치(
Figure 112006098569782-pat00182
)와 토크분 전압 지령 치(
Figure 112006098569782-pat00183
)를 입력으로 받아 3상 전압변환기(6)를 통해 3상 전압(
Figure 112006098569782-pat00184
,
Figure 112006098569782-pat00185
,
Figure 112006098569782-pat00186
)으로 변환시켜 벡터제어 인버터(7)로 제공한다. 이에 벡터제어 인버터(7)는 3상 전압(
Figure 112006098569782-pat00187
,
Figure 112006098569782-pat00188
,
Figure 112006098569782-pat00189
)을 유도전동기(18)에 인가한다.
따라서 유도전동기(18)는 회전하고, 이 때 전류 좌표변환기(15)와 2상 전류변환기(14)를 통해 실제 회전좌표로 d 축과 q 축으로 변환한 실제 자속분 전류(
Figure 112008014290615-pat00190
)와 토크분 전류(
Figure 112008014290615-pat00191
)를 생성하고, 이렇게 생성된 전류 중 자속 전류(
Figure 112008014290615-pat00192
)는 제3비교기(8)로 출력하고, 토크 전류(
Figure 112008014290615-pat00193
)는 제2비교기(3)로 출력한다. 그리고 슬립 연산기(11)는 속도 제어기(2)에서 출력되는 토크 전류 지령치(
Figure 112008014290615-pat00194
)와 외부로부터 입력되는 자속 전류 지령치(
Figure 112008014290615-pat00195
)와 유도전동기 회전자 시정수를 이용하여 슬립 주파수(
Figure 112008014290615-pat00196
)를 계산하여 제1가산기(12)의 일측 단자로 출력한다. 그러면 가산기(12)는 속도 추정부(16)에서 출력되는 추정 속도(
Figure 112008014290615-pat00197
)와 슬립 연산기(11)에서 출력되는 슬립 주파수(
Figure 112008014290615-pat00198
)을 더하여 적분기(13)로 출력하고, 적분기(13)는 가산기(12)에서 출력되는 값에 대하여 적분한 값 즉, 회전자 자속의 위치(θ)를 전압 좌표변환기(5)와 전류 좌표변환기(14)로 출력한다. 따라서 전압 좌표변환기(5)와 전류 좌표변환기(14)는 적분기(13)로부터입력되는 회전자 자속의 위치(θ)에 따라 좌표변환을 제어한다. 또한 관성 추정부(9)는 속도 제어기(2)에서 출력되는 토크 전류 지령치(
Figure 112008014290615-pat00199
), 외부로부터 입력되는 자속 전류 지령치(
Figure 112008014290615-pat00200
)와 속도 추정부(16)에서 출력되는 추정 속도(
Figure 112008014290615-pat00201
)를 이용하여 수학식 7과 같이 관성 모멘트를 계산하고, 관성 추정부(9)에서 추정한 관성 모멘트를 이용하여 속도 제어기 Gain 연산부(10)에서 속도 제어기(2)에 필요한 게인에 관련된 최종 수학식은 종래 기술의 수학식 2 및 3과 같이 연산되기 때문에 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
Figure 112006098569782-pat00202
Figure 112006098569782-pat00203
Figure 112006098569782-pat00204
단, 이고, 이다.
이상에서 설명된 본 발명은 전술된 실시예에 한정되어 설명되었지만, 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 분야의 통상적인 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 정도의 변형은 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것임은 자명하다.
이상의 구성을 갖는 본 발명은 속도 검출용 센서를 구비하지 않는 센서리스 벡터 제어 방식 인버터에 있어서 관성 모멘트를 추정하여 게인을 연산함으로써 속도 제어기의 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. (가) 정상 가동중의 유도 전동기로부터 전압 및 전류를 검출하는 단계와;
    (나) 상기 검출된 전압 및 전류를 이용하여 자속을 계산하여 속도를 추정하는 단계와;
    (다) 추정된 상기 추정 속도, 자속 전류 지령치 및 토크 전류 지령치를 이용하여 관성 모멘트를 추정하는 단계와;
    (라) 상기 추정된 관성 모멘트로부터 게인을 연산하여 속도를 제어하는 단계를 포함하는 센서리스 인버터의 관성 모멘트 추정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (다)단계의 상기 자속 전류 지령치(
    Figure 112006098569782-pat00205
    )는 외부에서 입력되는 전류이며, 상기 토크 전류 지령치(
    Figure 112006098569782-pat00206
    )는 속도 제어기에서 출력되는 전류인 것을 특징으로 하는 센서리스 인버터의 관성 모멘트 추정방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (다)단계의 관성 모멘트(Jm)은,
    Figure 112006098569782-pat00207
    , 단
    Figure 112006098569782-pat00208
    ,
    Figure 112006098569782-pat00209
    상기 식에 의해 추정되며, 상기 Lm은 상호 인덕턴스, 상기 Lr은 회전자 인덕턴스 그리고 상기
    Figure 112006098569782-pat00210
    은 추정 속도인 것을 특징으로 하는 센서리스 인버터의 관성 모멘트 추정방법.
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