KR101010506B1 - 인버터 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은, 모터의 운전 영역을 방해하지 않고, 회전 속도가 낮은 영역에서의 운전 영역을 일탈한 인버터의 동작을 보다 엄격하게 판정함으로써, 인버터의 보호를 두텁게 한다. 운전 영역 D의 전류의 상한값 I_U 보다도 크고, 2개의 전류 임계값 I_TH1, I_TH2가 채용된다. 회전 속도 Rot가 속도 임계값 R_TH1 보다도 작은 경우에는 전류 임계값 I_TH1이, 큰 경우에는 전류 임계값 I_TH2가, 각각 인버터의 입력 전류 i_INV에 이상이 발생되었는지의 여부의 판정 기준으로서 채용된다.

인버터 제어, 운전 영역, 회전 속도, 속도 임계값, 전류도 임계값

Description

인버터 제어 방법{INVERTER CONTROL METHOD}

본 발명은 인버터의 제어 방법에 관한 것으로，특히 인버터에 흐르는 전류의 이상을 검출하는 기술에 관한 것이다．

인버터에 의해 모터 등의 회전 기기를 구동하는 경우, 물리적인 장해, 예를 들면 해당 회전 기기의 부하가 과대로 되거나, 회전 기기 자체에서 윤활유의 고착 등에 의해, 해당 회전 기기의 회전수가 현저하게 저하되는 등의 상황이 있을 수 있다. 그 현저한 상태로서 모터 로크가 알려져 있다.

상기 모터 로크에 대처하는 기술을 개시하는 것으로서, 특허 문헌 1, 2를 예로 든다. 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 모터에 흐르는 전류가 기준값을 초과하면 모터에의 정전압 공급을 소정 기간만큼 정지한다. 특허 기술 2에 기재된 기술에서는, 미리 설정하고 있던 시간에 걸쳐서 모터의 동일한 자극이 계속해서 검출되면 로크 상태로서 검출한다.

또한，전류 명령이 전류 상한값을 초과하지 않도록 회전 속도를 제어하는 드롭 제어에 대하여 특허 문헌 3을 예로 든다.

[특허 문헌 1] 일본 실용실안 공개 평6-70441호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2005-245075호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 제2002-138966호 공보

모터를 제어하는 인버터에는 스위칭 소자, 예를 들면 IGBT가 이용되고 있다. 스위칭 소자는, 그 소형화, 코스트의 저감의 추세로부터, 허용되는 열 내력이 작아져 있다.

이와 같은 상황하에서, 상기 종래 기술을 이용한 경우, 스위칭 소자화, 나아가서는 인버터를 보호함에 있어서 하기의 문제점이 있다.

모터에 흐르는 전류가 단순한 기준값을 초과하는지 여부라고 하는 판정을 행하는 경우, 스위칭 소자의 보호를 두텁게 하기 위해서는 해당 기준값을 내리게 된다. 회전 속도가 매우 낮은 경우에는, 동일한 스위칭 소자 및 동일한 모터 권선에 전류가 흐르는 시간이 길어지므로, 해당 기준값을 내릴 필요가 있다. 그러나, 고속 회전을 행하는 경우에는 해당 기준값을 초과하지 않으면 모터를 운전할 수 없어, 해당 기준값이 모터의 운전 영역을 방해하게 된다.

또한 미리 설정하고 있던 시간에 걸쳐서 모터의 동일한 자극이 계속해서 검출된 경우에 로크 상태라고 판정되면, 기동시에서도 마찬가지의 판정이 이루어져서, 오동작의 원인으로 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로，모터의 운전 영역을 방해하지 않고, 회전 속도가 낮은 영역에서의 운전 영역을 일탈한 인버터의 동작(입력 전류의 과다)을 보다 엄격하게 판정할 수 있음으로써 인버터의 보호를 두텁게 하는 것을 목적으로 한다.

<발명의 개시>

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명에 따른 인버터 제어 방법의 제1 양태는, 직류 전압(V_DC)을 입력받아 다상 전류(i_M)를 다상 모터(6)에 공급하는 인버터(4)의 제어 방법이다. 그리고 (a) 상기 다상 모터의 회전 속도(Rot) 및 상기 인버터에의 입력 전류(i_INV)의 전류값을 검출하는 스텝(S10, S11)과, (b) 상기 회전 속도가 제1 속도 임계값(R_TH1) 미만인 경우에, 상기 전류값이 제1 전류 임계값(I_TH1) 이상인 것으로써 상기 인버터의 동작이 이상이라고 판정하는 스텝(S21, S22)과, (c) 상기 회전 속도가 상기 제1 속도 임계값 이상인 경우에, 상기 전류값이, 상기 제1 전류 임계값보다도 큰 제2 전류 임계값(I_TH2) 이상인 것으로써 상기 인버터의 동작이 이상이라고 판정하는 스텝(S21, S23)을 구비한다.

본 발명에 따른 인버터 제어 방법의 제2 양태는, 그 제1 양태로서, 상기 다상 모터의 운전 영역(D)은, 상기 회전 속도에 대한 상기 전류값의 상한값(I_U)을 이용하여 표시되고, 상기 상한값은, 상기 회전 속도(Rot)가 제2 속도 임계값(R_TH2) 미만인 경우에는 일정값(I_U0)을 취하며, 상기 회전 속도가 상기 제2 속도 임계값 이상인 경우에는 상기 회전 속도의 상승에 따라서 상승하고, 상기 제1 속도 임계값(R_TH1)은 상기 제2 속도 임계값 미만이며, 상기 제1 전류 임계값(I_TH1)은 상기 일정값보다도 크다.

<발명의 효과>

다상 모터의 운전 영역에서는，회전 속도가 감소할수록 다상 모터 및 인버터에 흐르는 전류에 허용되는 상한값이 감소한다. 따라서 본 발명에 따른 인버터 제어 방법의 제1 양태에 의하면, 운전 영역을 방해하지 않고, 회전 속도가 낮은 영역에서의 운전 영역을 일탈한 인버터의 동작(입력 전류의 과다)을 보다 엄격하게 판정할 수 있음으로써 인버터의 보호를 두텁게 할 수 있다.

회전 속도가 낮은 경우에는 큰 입력 전류는 필요 없으므로, 운전 영역에서의 전류값의 상한값은 작은 일정값으로 설정할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 인버터 제어 방법의 제2 양태와 같이, 운전 영역에서 전류값의 상한값이 점증하기 시작하는 제2 속도 임계값보다도 작은 제1 속도 임계값에서 제1 전류 임계값을 작게 설정할 수 있음으로써 모터 로크 등의 회전 속도의 부족시에서의 인버터의 보호를 두텁게 할 수 있다.

본 발명의 목적, 특징, 국면 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 보다 명백하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 인버터의 제어 방법을 적용 가능한 회로를 예시하는 회로도.

도 2는 본 실시 형태에서의 인버터의 제어 방법을 설명하는 그래프.

도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 인버터의 제어 방법을 예시하는 플로우차트.

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

도 1은 본 발명에 따른 인버터의 제어 방법을 적용 가능한 회로를 예시하는 회로도이다. 전원선 L1, L2, L3에는 삼상 교류 전압이 인가된다. 상기 삼상 교류 전압은 다이오드 브릿지(1)에 의해 정류되어, 초크 코일(2)을 통해서 컨덴서(3)를 충전한다. 컨덴서(3)는 직류 전압 V_DC를 유지한다.

DC 인버터(4)는, 직류 전압 V_DC를 입력받아 삼상 전류 i_M을 삼상 모터(6)에 공급한다. 삼상 모터(6)의 회전 위치 θ는, 예를 들면 위치 센서(도시 생략)를 이용하여 검출되고, 전기 신호로서 마이크로컴퓨터(8)에 입력된다.

인버터(4)에 입력되는 전류 i_INV는, 인버터(4)와 컨덴서(3)를 접속하는 한쌍의 모선의 한쪽에 개재하는 저항(5)의 전압 강하로부터 구해진다. 구체적으로는 저항(5)은 컨덴서(3)와 인버터(4)를 접속하는 마이너스측의 모선에 개재하고, 그 양단에 생기는 전압이 증폭기(7)에 의해 전압 Vi로서 출력되고, 마이크로컴퓨터(8)에 입력된다.

마이크로컴퓨터(8)는 회전 위치 θ의 시간 변화로부터 모터(6)의 회전 속도 Rot를 구하고, 또한 전압 Vi로부터 인버터의 입력 전류 i_INV를 구한다. 그리고 회전 속도 Rot, 입력 전류 i_INV, 회전 명령 Ω에 기초하여, 스위칭 신호 C_SW를 생성한다. 인버터(4)의 스위칭 소자의 스위칭은 스위칭 신호 C_SW에 기초하여 행해진다.

도 2는 본 실시 형태에서의 인버터의 제어 방법을 설명하는 그래프로서, 횡 축에는 모터(6)의 회전 속도 Rot를, 종축에는 인버터(4)의 입력 전류 i_INV를, 각각 취하고 있다.

운전 영역 D는, 회전 속도 Rot에 대한 입력 전류 i_INV의 상한값 I_U를 이용하여 표시된다. 즉 회전 속도 Rot로 모터(6)가 회전하고 있는 경우, 통상은 입력 전류 i_INV가 상한값 I_U 이하로 된다. 이 운전 영역 D 내에서는 특허 문헌 3에서 예시된 바와 같은 드롭 제어가 가능하게 된다．

통상적으로，모터(6)는 회전 속도 Rot가 상승할수록, 그 운전에 필요한 입력 전류 i_INV는 비선형으로 증대한다. 따라서 상한값 I_U는 이 현상을 근사하여, 회전 속도 Rot가 속도 임계값 R_TH2 미만인 경우에는 일정값 I_U0을 취하며, 이 이상인 경우에는 회전 속도 Rot의 상승에 따라서 상승한다.

또한 입력 전류 i_INV가 과대로 되는 것으로써 이상을 판정하기 위해, 전류 임계값 I_TH를 설정한다. 전류 임계값 I_TH는, 회전 속도 Rot가 속도 임계값 R_TH1 미만이면 전류 임계값 I_TH1을 취하며, 속도 임계값 R_TH1 이상이면 전류 임계값 I_TH2를 취한다. 전류 임계값 I_TH는 운전 영역 D를 방해하지 않도록, 상한값 I_U보다도 크게 설정된다.

도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 인버터의 제어 방법을 예시하는 플로우차트로서, 인버터의 입력 전류 i_INV의 이상을 판정한다. 상기 플로우차트는 마이크 로컴퓨터(8)에 의해 실행된다.

스텝 S10에서, 모터(6)의 회전 위치 θ 및 증폭기(7)가 출력하는 전압 Vi를 마이크로컴퓨터(8)에 입력한다. 그리고 스텝 S11에서, 이들로부터 모터(6)의 회전 속도 Rot 및 인버터의 입력 전류 i_INV를 연산하여 구한다. 스텝 S10, S11은, 통상 모터(6)의 운전 제어에서도 실행되므로，특히 전류의 이상을 판정하는 루틴을 위해 별개로 설정할 필요는 없다.

스텝 S21에서는 회전 속도 Rot가 속도 임계값 R_TH11 미만인지의 여부를 판단한다. 그리고 긍정적 판단이 얻어진 경우에는 스텝 S22로, 부정적 판단이 얻어진 경우에는 스텝 S23으로, 각각 처리가 진행된다. 스텝 S22에서는 입력 전류 i_INV가 임계값 I_TH1 이상인지의 여부를 판단한다. 그리고 긍정적 판단이 얻어진 경우에는 스텝 S3으로 처리가 진행되고, 부정적 판단이 얻어진 경우에는 메인 루틴(도시 생략)으로 처리가 복귀된다.

스텝 S3으로 처리가 진행한다고 하는 것은, 인버터(4)에의 입력 전류 i_INV가 과대하여, 그 동작에 이상이 생긴 것을 나타내고, 스텝 S3에서 전류 이상 처리 루틴이 실행된다. 전류 이상 처리 루틴으로서는, 스위칭 신호 C_SW를 이용하여 인버터(4)의 동작을 정지시키는 것을 예시할 수 있다.

스텝 S23에서는 입력 전류 i_INV가 임계값 I_TH2 이상인지의 여부를 판단한다. 그리고 긍정적 판단이 얻어진 경우에는 스텝 S3으로 처리가 진행되고, 부정적 판단 이 얻어진 경우에는 메인 루틴(도시 생략)으로 처리가 복귀된다.

모터(6)의 운전 영역 D에서는，회전 속도 Rot가 감소할수록 모터(6)에 흐르는 전류에 허용되는 상한값 I_U가 감소한다. 따라서 전류 임계값 I_TH로서, 회전 속도 Rot가 작은 경우에는 작은 전류 임계값 I_TH1을, 회전 속도 Rot가 큰 경우에는 큰 전류 임계값 I_TH2를, 각각 설정함으로써, 운전 영역 D를 방해하지 않고, 회전 속도 Rot가 낮은 영역에서의 운전 영역 D를 일탈한 인버터(4)의 동작(입력 전류 i_INV의 과다)을 보다 엄격하게 판정할 수 있음으로써, 인버터(4)의 보호를 두텁게 할 수 있다. 입력 전류 i_INV의 과다를 엄격하게 판정하는 것은, 모터의 과열을 회피하는 점에서도 바람직하다.

또한，전류 임계값을 결정하는 속도 임계값 R_TH1은, 운전 영역 D를 규정하는 속도 임계값 R_TH2 미만이며, 전류 임계값 I_TH1은 일정값 I_U0 보다도 큰 것이 바람직하다.

예를 들면 속도 임계값 R_TH1, R_TH2는 각각 100rpm, 200rpm이며, 예를 들면 전류 임계값 I_TH1, I_TH2, 일정값 I_U0은 각각 2암페어, 5암페어, 1암페어이다.

회전 속도 Rot가 낮은 경우에는 입력 전류 i는 클 필요가 없고, 운전 영역 D에서의 입력 전류 i_INV의 상한값 I_U는 작은 일정값 I_U0으로 설정할 수 있다. 따라서 운전 영역 D를 규정하는 상한값 I_U가 회전 속도 Rot의 증가와 함께 점증하기 시작하 도록 하는 속도 임계값 R_TH2보다도 작은 속도 임계값 R_TH1에서 전류값 I_TH1을 작게 설정할 수 있다. 이것에 의해 모터 로크 등의 회전 속도 Rot가 부족할 때에서의 인버터(4)의 보호를 두텁게 할 수 있다.

상기 설명에서는 전류 임계값 I_TH1, I_TH2가 일정값을 취하는 경우를 예시하였지만, 본 발명은 이 경우에 한정되지 않는다. 예를 들면 전류 임계값 I_TH1보다도 전류 임계값 I_TH2가 큰 관계를 유지하면서도, 양자가 회전 속도 Rot에 대하여 일정하지 않아도 된다. 예를 들면 전류 임계값 I_TH1, I_TH2는 회전 속도 Rot의 증대에 대하여 선형, 혹은 고차 곡선적으로 증가하여도 된다.

본 발명은 상세히 설명되었지만, 상기한 설명은, 모든 국면에서, 예시이며, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니다. 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 상정될 수 있는 것이라고 이해된다.

Claims (2)

1. 직류 전압(V_DC)을 입력받아 다상 전류(i_M)를 다상 모터(6)에 공급하는 인버터(4)의 제어 방법으로서,

   (a) 상기 다상 모터의 회전 속도(Rot) 및 상기 인버터에의 입력 전류(i_INV)의 전류값을 검출하는 스텝(S10, S11)과,

   (b) 상기 회전 속도가 제1 속도 임계값(R_TH1) 미만인 경우에, 상기 전류값이 제1 전류 임계값(I_TH1) 이상인 것으로써 상기 인버터의 동작이 이상이라고 판정하는 스텝(S21, S22)과,

   (c) 상기 회전 속도가 상기 제1 속도 임계값 이상인 경우에, 상기 전류값이, 상기 제1 전류 임계값보다도 큰 제2 전류 임계값(I_TH2) 이상인 것으로써 상기 인버터의 동작이 이상이라고 판정하는 스텝(S21, S23)

   을 구비하고,

   상기 다상 모터의 운전 영역(D)은, 상기 회전 속도에 대한 상기 전류값의 상한값(I_U)을 이용하여 표시되고,

   상기 상한값은,

   상기 회전 속도(Rot)가 제2 속도 임계값(R_TH2) 미만인 경우에는 일정값(I_UO)을 취하며,

   상기 회전 속도가 상기 제2 속도 임계값 이상인 경우에는 상기 회전 속도의 상승에 따라서 상승하고,

   상기 제1 속도 임계값(R_TH1)은 상기 제2 속도 임계값 미만이며, 상기 제1 전류 임계값(I_TH1)은 상기 일정값보다도 큰, 인버터 제어 방법.
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