KR100959144B1 - 에이씨 서보 드라이브의 파워라인 오결선 검출 회로 - Google Patents

에이씨 서보 드라이브의 파워라인 오결선 검출 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 AC 서보 드라이브에서 초기 모터의 구동을 구동하기 위한 전원이 인가되면 소정시간 동안 테스트 전류를 인가하여 파워라인의 오결선 및 단선을 자동으로 검출한 다음, 그에 따라 모터의 구동을 제어할 수 있는 AC 서보 드라이브의 파워라인 오결선 검출 회로에 관한 것으로, 소정의 테스트 전류신호를 발생하는 테스트 전류 발생부; 모터의 구동을 위한 구동 전류신호와 테스트 전류신호를 스위칭 제어신호에 의거하여 선택적으로 스위칭하는 스위칭부; 스위칭부를 통해 출력되는 구동 전류신호와 테스트 전류신호를 증폭하여 출력하는 전류 제어부; 전류 제어부로부터 증폭된 전류신호를 3상 변환하여 출력하는 제2/3상변환부; 3상 변환된 전류신호를 PWM 변조하여 모터에 인가하는 PWM 변환부; PWM 변환부로부터 출력되는 전류신호를 피드백하여 전류 제어부로 전달하는 전류궤환부; 스위칭부를 통해 출력되는 테스트 전류신호를 3상 변환하여 출력하는 제1/3상변환부; 모터의 초기 구동시에 스위칭 제어신호를 발생하여 테스트 전류신호가 전류 제어부로 전달되도록 제어하며, 제1/3상변환부로부터 3상 변환된 전류신호와 전류 궤환부로부터 피드백된 전류신호를 각각 비교하여 오차가 발생되면 모터의 파워라인에 대한 오결선을 판단하는 오결선 검출부를 포함하여 구성되는 AC 서보 드라이브의 파워라인 오결선 검출 회로를 제공한다.

Description

에이씨 서보 드라이브의 파워라인 오결선 검출 회로{CIRCUIT FOR DETECTING ABNORMALITY BINDING OF POWER LINES IN AN AC SERVO DRIVE}
도 1은 종래의 일반적인 AC 서보 드라이브의 구동회로를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 오결선 검출회로가 추가된 AC 서보 드라이브의 구동회로를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
103 : 테스트 전류 발생부 105 : 스위칭부
110 : 위치 제어부 120 : 속도 제어부
130, 131 : 전류 제어부 140, 141, 142 : 3상변환부
150, 151 : PWM 변환부 160, 161 : 전류 궤환부
170, 171 : 2상변환부 180 : 위치/속도 궤환부
190 : 오결선 검출부 200 : 모터
210 : 엔코더
본 발명은 AC 서보 드라이브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 AC 서보 드 라이브나 전동기 제어장치에 있어서 모터로 상전류를 공급하는 파워라인의 오결선 및 단선을 검출할 수 있는 AC 서보 드라이브의 파워라인 오결선 검출 회로에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 서보 모터(Servo motor)는 DC 서보 모터와 AC 서보 모터로 구분할 수 있는데, DC 서보 모터는 브러쉬를 사용하는 특성상 정기적으로 브러쉬를 교환해야하는 불편함이 있다. 이에 반하여, AC 서보 모터는 브러쉬를 사용하지 않기 때문에 유지보수면에서 상대적으로 유리한 장점이 있는 반면, 그 제어방법이 상대적으로 복잡한 단점이 있다. 하지만, 최근에는 관련기술의 발달로 인해 AC 서보 모터를 DC 서보 모터와 같은 특성을 갖도록 제어할 수 있게 되었다. 따라서, 최근에는 공작 기계 등의 구동 장치에서는 그 동력원으로서 주로 AC 서보 모터를 사용하고 있다.
한편, 일반적인 AC 서보 모터는 통상적으로 3상 파워라인에 의해 전원을 공급받아 구동하는 3상 AC 서보 모터가 그 주류를 이루는데,
도 1은 종래의 일반적인 AC 서보 모터에 대한 구동회로를 도시한 도면으로서, 위치 제어부(110), 속도 제어부(120), 전류 제어부(130), 3상변환부(140), PWM 변환부(150), 전류 궤환부(160), 2상변환부(170), 위치/속도 궤환부(180), 모터 (200) 및 엔코더(210)를 포함하여 도시하였다.
도 1을 참조하여 각 구성수단에 대해 설명하면, 위치 제어부(110) 및 속도 제어부(120)는 외부로부터 입력되는 위치 제어명령(e')과 속도 제어명령(ω')에 각각 의거하여 모터(200)의 회전위치 및 회전속도를 각각 제어하는 동시에, 후술하는 위치/속도 궤환부(180)로부터 제공되는 위치 및 속도 궤환신호에 의거하여 모터 (200)의 회전위치 및 속도를 각각 피드백 제어한다.
전류 제어부(130)는 위치 제어부(110) 및 속도 제어부(120)에서 발생된 위치/속도 제어신호에 의거하여 전류를 그에 대응하는 레벨로 증폭하여 출력하며, 3상변환부(140)는 전류 제어부(130)에 의해 증폭된 전류신호를 모터의 각 상(u, v, w)에 대응하는 3상 전류신호로 변환한다. 그리고, PWM 변환부(150)는 3상변환부 (140)로부터 제공되는 3상 전류신호를 펄스폭 변조 과정을 통해 변조하여 모터 (200)에 인가하는 동시에 모터(200)의 여자전류에 대한 피드백제어를 수행한다.
모터(200)에 연결된 엔코더(210)는 모터(200)의 회전위치 및 회전속도를 검출하여 위치/속도 궤환부(180)에 제공하며, 위치/속도 궤환부(180)는 엔코더(210)로부터 검출된 회전위치 및 회전속도에 의거하여 그에 대응하는 각각의 피드백 제어신호(e. ω)를 발생하고 이를 위치 제어부(110) 및 속도 제어부(120)로 각각 전송한다. 그리고, 전류 궤환부(160) 및 2상변환부(170)는 모터(200)에 흐르는 전류를 검출하여 그에 따른 피드백 전류신호를 전류 제어부(130)에 제공함으로써, 모터(200)에 인가되는 전류를 피드백 제어하게 된다.
한편, 이와 같은 구동회로를 갖는 종래의 일반적인 3상 AC 서보 모터에 있어서, 만일 드라이브에서 모터로 연결된 3상 파워라인이 오결선 또는 단선된 상태에서 모터로 전류를 공급하게 되면 모터 내부의 로터(영구자석)의 위치에 따라 전류제어기가 발산하여 모터가 폭주하는 현상이 발생할 수 있으며 결과적으로 기계장치의 파손 및 안전사고를 초래 할 수 있다.
따라서, 종래의 일반적인 AC 서보 드라이브의 구동 회로에서는 이를 방지하기 위하여 소정 시간(수 초 내지 수 십초) 동안의 전류 누적 값에 의거하여 과부하를 검출함으로써 구동 회로를 보호하도록 하고 있다.
하지만, 이러한 종래의 검출 방법 및 구동회로에서는 누적 전류의 임계값에 따른 파워라인의 오결선 또는 단선을 검출하기까지 상당한 시간이 소요되기 때문에 그 검출 전에 이미 모터의 폭주 등에 따른 모터의 오동작 및 파손이 발생되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, AC 서보 드라이브에서 초기 모터의 구동을 구동하기 위한 전원이 인가되면 소정시간 동안 테스트 전류를 인가하여 파워라인의 오결선 및 단선을 자동으로 검출한 다음, 그에 따라 모터의 구동을 제어할 수 있는 AC 서보 드라이브의 파워라인 오결선 검출 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면,
3상 AC 서보 드라이브의 파워라인 오결선을 검출하기 위한 회로에 있어서, 모터의 구동을 위한 구동 전류신호와 다른 소정의 테스트 전류신호를 발생시키는 테스트 전류 발생부; 상기 테스트 전류신호를 3상 변환하여 출력하는 제1/3상변환부 및 제2/3상변환부; 상기 제2/3상변환부에 의해 3상 변환된 전류신호를 PWM 변조하여 모터에 인가하는 PWM 변환부; 상기 PWM 변환부로부터 출력되는 전류신호를 피드백하는 전류궤환부; 상기 모터의 초기 시동시 상기 테스트 전류신호가 상기 제1/ 3상변환부 및 제2/3상변환부로 동시에 공급되게 하고, 상기 제1/3상변환부에 의해 3상 변환된 전류신호와 상기 전류궤환부로부터 피드백된 전류신호를 각각 비교한 후, 상기 제1/3상변환부에 의해 3상 변환된 전류신호와 상기 피드백된 전류신호의 크기에 차이가 발생되면 상기 모터의 파워라인이 오결선된 것으로 판단하는 오결선 검출부;를 제공한다.
본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 첨부된 도면을 참조하여 다음에 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해 질 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 AC 서보 드라이브의 파워라인 오결선 검출 회로를 AC 서보 모터 구동회로의 기타 다른 부분은 설명의 편의상 생략하여 도시하였다. 즉, 도 1에 도시된 위치 제어부(110), 속도 제어부(120), 위치/속도 궤환부(180) 및 엔코더(210)가 본 발명에서도 동일하게 구성되나, 도 2에서는 본 발명에 따른 AC 서보 드라이브의 파워라인 오결선 검출 회로의 구성을 명확히 하기 위해 이를 생략하고 실제 파워라인의 오결선 및 단선 검출을 위해 필요한 구성수단만을 도시하였다.
도 2를 참조하여 본 발명에 따른 AC 서보 드라이브의 파워라인 오결선 검출 회로에 포함된 각 구성수단의 기능에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1에 도시된 종래의 구동회로와 비교하여, 본 발명에서는 전류 제어기(131)의 입력단에 별도의 스위칭부(105)를 구성하였으며, 이 스위칭부(105)의 제1 입력단을 통해서는 속도 제어부(도 1의 120)로부터 입력되는 통상의 제어신호인 제1 전류신호(i')가 입력되며, 제2 입력단을 통해서는 테스트 전류 발생부(103)로부터 제공되는 제2 전류신호(i")가 입력된다. 여기서, 제2 전류신호(i")는 본 발명에 따라 모터(200)에 연결된 각 파워라인의 오결선 및 단선을 검출하기 위한 소정의 시험 전류신호를 의미한다. 즉, 테스트 전류 발생부(103)는 본 발명에 따라 새로이 추가되는 구성수단으로서, 모터 구동회로가 동작하는 초기 과정에서 소정의 테스트 전류신호를 발생하는 역할을 한다.
그리고, 스위칭부(105)는 오결선 검출부(190)로부터 제공되는 제어신호에 의거하여 제1 입력단과 제2 입력단을 선택적으로 스위칭함으로써 전류 제어부(131)에 제1 전류 제어신호(i') 또는 제2 전류 제어신호(i")를 선택적으로 인가하게 된다.
전류 제어부(131)는 스위칭부(105)에 의해 선택적으로 입력되는 제1 전류신호(i')와 제2 전류신호(i")와 후술하는 2상변환부(171)로부터 제공되는 피드백 전류신호를 합성하여 소정 레벨의 전류신호로 증폭하여 출력한다.
한편, 본 발명에서는 도 1에 도시된 종래의 구동회로에서와는 달리 2개의 3상변환부(141, 142)가 구비되는데, 제1/3상변환부(141)는 테스트 전류 발생부(103)로부터 발생되어 스위칭부(105)를 통해 제공되는 제2 전류신호(i")를 3상 변환하여 3상 고정자 등가 전류신호(iu', iv', iw')로 변환한다. 그리고, 제2/3상변환부 (142)는 도 1에 도시된 종래의 3상변환부(140)와 마찬가지로 전류 제어부(131)로부터 출력되는 전류신호를 3상 변환하여 출력하게 된다. 도 2에 도시된 PWM 변환부 (151), 전류 궤환부(161) 및 2상변환부(171)의 기능은 종래의 일반적인 구동회로에서의 기능과 동일하다.
한편, 도 2 에 도시된 오결선 검출부(190)는 상술한 스위칭부(105)의 스위칭 동작을 제어하는 수단으로서, 구동회로의 초기 동작 상태에서 스위칭부(105)를 제2 접속단자와 연결하여 제2 전류신호(i")가 전류 제어부(131)로 전달되도록 한다. 그리고, 이때 상술한 제1/3상변환부(141)로부터 제공되는 3상 고정자 등가 전류신호 (iu', iv', iw')와 전류 궤환부(161)로부터 출력되는 피드백 전류신호(iu, iv, iw)를 제공받아 각각의 전류신호를 비교한 후, 오차가 발생하면 파워라인의 단선 또는 오결선으로 판정하여 알람신호를 발생한다. 이와는 달리, 각각의 전류신호의 크기가 일치하면 스위칭부(105)에 제어신호를 발생하여 제1 접속단자를 통해 정상적인 전류신호인 제1 전류신호(i')가 전류 제어부(131)로 인가되도록함으로써 모터 구동회로가 정상적으로 동작할 수 있도록 한다.
도 2를 참조하여 본 발명에 따른 AC 서보 드라이브의 파워라인 오결선 검출 회로의 동작 과정을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2에 도시된 오결선 검출 회로를 포함한 AC 서보 모터 구동회로에 전원이 인가되어 모터(200)의 구동이 지시되면, 테스트 전류 발생부(103)는 제2 전류신호(i")를 발생하여 스위칭부(105)로 제공하고, 오결선 검출부(190)는 스위칭부 (105)에 제어신호를 발생하여 제1 접속단자가 연결되도록 한다. 따라서, 테스트 전류 발생부(103)로부터 제공되는 제2 전류신호(i")는 스위칭부(105)를 통해 전류 제 어부(105)로 제공된다. 이때, 테스트 전류 발생부(103)로부터 출력되는 제2 전류신호(i")가 모터(200)에 전달되더라도 모터(200)가 회전하지 않아야 하기 때문에, 테스트 전류 발생부(103)는 +, - 양극성의 값을 반복하여 제2 전류신호(i")를 발생한다. 그리고, 이때 발생되는 제2 전류신호(i")의 주기와 크기는 모터(200) 및 모터(200)가 장착되는 장치에 따라 적응적으로 설계한다.
한편, 스위칭부(105)를 통해 제공되는 제2 전류신호(i")는 전류 제어부(131)와 제2/3상변환부(142) 및 PWM 변환부(151)를 통해 모터(200)에 전달되는 동시에 제1/3상변환부(141)로 전달된다. 그리고, PWM 변환부(151)에 의해 피드백된 전류신호는 전류 궤환부(161) 및 2상변환부(171)를 통해 전류 제어부(131)로 피드백된다.
이때, 오결선 검출부(190)는 PWM 변환부(151)에서 피드백되어 전류 궤환부 (161)로부터 출력되는 전류신호(iu, iv, iw)와 제1/3상변환부(141)를 통해 출력되는 각각의 전류신호(iu', iv', iw')를 각각 비교하게 된다. 그리고, 그 비교결과, 각 전류신호 사이에 오차가 발생하면 파워라인의 단선 또는 오결선으로 판정하여 도시 생략된 알람 수단으로 소정의 알람신호를 발생한다. 이와는 달리, 각각의 전류신호의 크기가 일치하면 스위칭부(105)에 제어신호를 발생하여 제1 접속단자를 통해 정상적인 전류신호인 제1 전류신호(i')가 전류 제어부(131)로 인가되도록 한다. 따라서, 모터 구동회로는 정상적인 구동을 수행하여 모터(200)가 회전하게 된다.
결과적으로, 본 발명에 따른 파워라인 오결선 검출 회로에서는 모터(200)의 구동신호가 입력되면 모터(200)의 구동 전에 소정의 테스트 전류(제2 전류신호 (i"))를 발생하여 모터(200)에 연결된 파워라인의 오결선을 검출한 다음, 각 파워라인이 정상적으로 연결되었음이 감지된 경우에 모터 구동회로를 정상 구동하게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, AC 서보 모터 드라이브에서 모터의 구동에 앞서 파워라인의 오결선을 자동으로 검출할 수 있는 효과가 있으며, 그 검출 결과에 따라 모터의 구동을 자동으로 선택적으로 제어함으로써 모터 및 모터가 장착된 기계장치의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 3상 AC 서보 드라이브의 파워라인 오결선을 검출하기 위한 회로에 있어서,
    모터의 구동을 위한 구동 전류신호와 다른 소정의 테스트 전류신호를 발생시키는 테스트 전류 발생부;
    상기 테스트 전류신호를 3상 변환하여 출력하는 제1/3상변환부 및 제2/3상변환부;
    상기 제2/3상 변환부에 의해 3상 변환된 전류신호를 PWM 변조하여 모터에 인가하는 PWM 변환부;
    상기 PWM 변환부로부터 출력되는 전류신호를 피드백하는 전류궤환부;
    상기 모터의 초기 시동시 상기 테스트 전류신호가 상기 제1/3상변환부 및 제2/3상변환부로 동시에 공급되게 하고, 상기 제1/3상 변환부에 의해 3상 변환된 전류신호와 상기 전류궤환부로부터 피드백된 전류신호를 각각 비교한 후, 상기 제1/3상변환부에 의해 3상 변환된 전류신호와 상기 피드백된 전류신호의 크기에 차이가 발생되면 상기 모터의 파워라인이 오결선된 것으로 판단하는 오결선 검출부;
    상기 테스트 전류 발생부와는 별개로 구비되어 상기 구동 전류신호를 발생시키는 위치제어부 및 속도 제어부; 및
    상기 오결선 검출부로부터 출력되는 스위칭 제어신호에 대응하여 상기 구동전류와 상기 테스트 전류신호 중 선택된 어느 하나를 상기 제1/3상변환부와 제2/3상변환부로 인가시키는 스위칭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 AC 서보 드라이브의 파워라인 오결선 검출 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 오결선 검출부는, 상기 모터의 파워라인에 대한 오결선이 검출되지 않으면, 상기 구동 전류신호가 상기 제1/3상변환부와 제2/3상변환부로 전달되도록 상기 스위칭부에 상기 스위칭 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 AC 서보 드라이브의 파워라인 오결선 검출 회로.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 테스트 전류신호는, 상기 모터의 회전에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 +, - 양극성이 반복되는 전류신호인 것을 특징으로 하는 AC 서보 드라이브의 파워라인 오결선 검출 회로.
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KR102263120B1 (ko) * 2020-10-20 2021-06-10 주식회사 에스에이브이 서보 드라이버 중계 장치

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