KR101242857B1 - 인버터 제어방법 - Google Patents

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KR101242857B1
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Abstract

인버터 제어방법이 개시된다. 부하와, 상기 부하를 구동하는 전동기 및 상기 전동기를 운전하는 인버터를 포함하는 시스템에서의 본 발명의 제어방법은, 부하의 부하량이 슬립레벨 이하로 감소하면, 슬립지연만큼 시간이 경과하는지 확인하여, 슬립지연 이후에도 상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이하인 경우, 상기 전동기의 운전주파수를 가변하고, 운전주파수 가변에 의해 부하의 피드백의 변화가 없는 경우 인버터를 슬립모드로 진입하도록 한다.

Description

인버터 제어방법{METHOD FOR CONTROLING INVERTER}
본 발명은 인버터 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 전동기를 구동하는 인버터 시스템에서 사용하기 위한 제어방법에 관한 것이다.
팬(fan)이나 펌프(Pump)와 같은 유량과 유압을 주로 제어하는 응용분야에서는, 복수의 전동기가 유량이나 유압을 제어한다. 이때, 제어기 1대를 이용하여 복수의 전동기를 제어하는 것이 일반적이다.
인버터 등의 제어기는 공정의 제어량을 피드백받아 제어하여 변화량을 제어하며, 필요에 따라 보조전동기를 선택하여 상용으로 운전하여 피드백되는 제어량을 일정하게 유지한다.
도 1은 일반적인 인버터로 제어되는 전동기 시스템의 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 전동기 시스템은, 교류전원(1), 전동기(3)를 제어하는 인버터(2), 전동기(3) 및 부하(4)로 구성된다.
인버터(2)는 교류전원을 직류로 변환하는 컨버터(21), 전원이 투입되는 경우 돌입전류의 유입을 방지하는 초기충전저항(22), 돌입전류가 억제된 후 초기충전저항(22)을 회로에서 분리하는 스위치(23), 직류전압을 평활하는 필터 콘덴서(24), 복수의 스위칭소자로 구성되어 직류를 교류로 변환하는 펄스폭변조(Pulse Width Modulation; 이하, 'PWM'이라 함) 인버터부(25), U, V, W 각 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출부(26), 인버터(2)의 직류전압 및 상전류 등의 각종 정보를 수집하고 각종 운전을 지령하는 제어부(27) 및 제어부(27)로부터 입력된 전압지령 V*와 주파수지령 f*를 이용하여 PWM 신호를 생성하여 PWM 인버터부(25)의 각 상의 스위칭소자에 스위칭신호를 인가하는 PWM 제어부(28)로 구성된다.
부하(4)는 실제 전동기(3)가 운전하는 것으로서, 부하에서 제어부(27)로 부하량을 피드백하여 전달한다.
위와 같은 구성에서, 인버터(2)는 교류전원(1)의 전력을 입력받아 전력변환을 통해 출력전압과 주파수를 변환하여 전동기(3)에 공급하여, 전동기(3)의 속도 및 토크를 고효율로 제어한다.
이와 같은 인버터(2)는 전동기(3)의 속도를 정밀제어하여, 에너지절약과 품질향상을 이룰 수 있어, 각종 송풍기, 펌프 및 공작기계, 섬유기계 등의 자동화 설비에 널리 쓰이고 있다.
인버터(2)는 보통 비례적분미분(PID) 제어기를 이용하여 공정의 제어량을 피드백받아 주 전동기를 PID 제어하고, 필요에 따라 보조 전동기를 선택하여 상용으로 운전하도록 외부신호를 제어하여 피드백되는 제어량을 일정하게 유지한다.
이러한 시스템에서, 복수의 전동기 제어중, 설정된 유량 또는 유압이 부족하거나 과도하여 주 전동기만으로는 제어를 할 수 없을 경우에, 인버터(2)는 보조 전동기를 가동한다.
이경우, 주 전동기를 제어할 때 PID 제어를 수행하는데, 부하량이 적은 경우에는 에너지 절감을 위해 인버터(2)에 의해 제어되는 다수의 전동기는 슬립모드(sleep mode)에 진입한다.
도 1과 같은 시스템에서, 슬립모드의 적용의 판단기준과 시퀀스는 다음과 같다.
(1) 보조로 제어되는 복수의 전동기가 모두 정지상태일 것
(2) 복수의 전동기의 운전주파수가 슬립조건을 만족시키는 슬립주파수 이하일 것
(3) 피드백이 설정된 슬립레벨보다 낮을 것(즉, 부하량이 적을 것)
(4) 안정된 시스템에서 지연시간 이상이 경과할 것(부하량 변화에 대한 밴드가 존재함)
종래의 시스템에서, 위의 조건을 만족하는 경우, 슬립동작 및 웨이크업(wake-up) 동작으로 에너지를 절감할 수 있다.
만약, 인버터(2)의 제어부(27)가 부하(4)에서 요구되는 제어량이 충분하다고 판단하는 경우, 제어부(27)는 출력을 정지하고, 인버터(2)는 시스템을 정지할 수 있다. 이때, 부하량을 검출하는 센서(도시되지 않음)를 주기적으로 체크하고, 향수 다시 부하량이 증가하면 제어부(27)는 인버터(2)를 기동하여 부하(4)에 적합한 운전을 시작한다.
도 2는 종래의 인버터의 슬립 및 웨이크동작에 대한 시퀀스를 설명하기 위한 타이밍도로서, 위에서 설명한 방식에 의해 슬립동작 및 웨이크동작을 반복한다.
즉, 종래의 인버터 시스템은, 일반적으로 부하량의 변화에 둔감한 대부분에 부하(4)에서 도 2의 동작만으로 슬립 및 웨이크업 동작을 수행한다.
그러나, 민감한 부하이거나 또는 부하량 변화에 대한 밴드만으로는 부하량의 변화를 감당하지 못하는 부하에서는, 슬립과 웨이크업이 반복되는 문제점이 있다.
또한, 상황에 따라, 슬립레벨과 상대적으로 설정하는 웨이크업 레벨이 적절하게 설정되지 않았을 경우에도 모드의 연속적인 이상동작이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 부하특성을 고려하여 슬립동작을 제어하여, 인버터 시스템에서 소요되는 에너지를 절감하기 위한, 인버터 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 부하와, 상기 부하를 구동하는 전동기 및 상기 전동기를 운전하는 인버터를 포함하는 시스템에서, 본 발명의 인버터의 제어방법은, 상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이하로 감소하면, 슬립지연만큼 시간이 경과하는지 확인하는 단계; 슬립지연 이후에도 상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이하인 경우, 상기 전동기의 운전주파수를 가변하는 단계; 및 상기 인버터를 슬립모드로 진입하도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 운전주파수의 가변에 따라, 상기 부하량의 피드백이 변화하는 경우, 상기 전동기의 정상상태 운전을 수행하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 인버터를 슬립모드로 진입하도록 하는 단계는, 운전주파수의 가변에 따라, 상기 부하량의 피드백이 변화하지 않는 경우, 상기 인버터를 슬립모드로 진입하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 슬립지연 이후에 상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이상인 경우에는, 상기 전동기의 정상상태 운전을 수행하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 부하와, 상기 부하를 구동하는 전동기 및 상기 전동기를 운전하는 인버터를 포함하는 시스템에서, 본 발명의 인버터의 제어방법은, 상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이하로 감소하면, 슬립지연만큼 시간이 경과하는지 확인하는 단계; 슬립지연 이후에도 상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이하인 경우, 상기 전동기의 운전주파수를 가속하여, 상기 부하의 피드백을 소정 레벨까지 상승하게 하는 단계; 상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이하인 경우, 상기 인버터를 슬립모드로 진입하도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 부하의 피드백이 소정 레벨까지 상승하고, 상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이상인 경우에는 상기 전동기의 정상상태 운전을 수행하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 슬립지연 이후에 상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이상인 경우에는, 상기 전동기의 정상상태 운전을 수행하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명은, 실제 부하가 있는 것으로 판단하여 공회전하던 전동기를 슬립모드로 진입하도록 하여 에너지를 절감할 수 있으며, 또한, 피드백에서 문제가 되던 밴드에 의한 오류도 차단하도록 하는 효과가 있다.
따라서, 본 발명은, 에너지 절약면에서 시스템에서 최적의 운전조건을 제안하여, 부하량 변화에 따른 민감한 동작도 방지하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 인버터로 제어되는 전동기 시스템의 구성도이다.
도 2는 종래의 인버터의 슬립 및 웨이크동작에 대한 시퀀스를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 3은 본 발명에 따른 인버터 제어방법을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 인버터 제어방법을 설명하기 위한 다른 실시예의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나, '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 인버터 제어방법을 설명하기 위한 일실시예 흐름도로서, 도 1의 인버터 시스템의 제어부(27)에서 수행되는, 슬립모드로의 진입의 제어를 나타낸 것이다.
도 1의 인버터(2)의 제어부(27)는 복수 전동기 제어(Multi Motor Control; MMC) 등 여러가지 방식에 의해 복수의 전동기를 제어하며, 정상상태에서는 MMC 운전 등 여러가지 방식에 의한 전동기의 운전을 수행한다(S31).
이때, 부하량이 감소하는 경우에(S32), 즉, 계속적인 정상상태 운전이 요구되지 않는 경우에는, 종래의 인버터 시스템에서는 인버터(2)를 슬림모드로 진입하도록 한다. 그러나, 위의 문제점에서 지적한 바와 같이, 부하(4)의 상황에 따라 실제 슬립모드에 진입하지 않는 상황이 발생하거나, 또는 슬립모드에 진입하더라도 각종 오류가 발생하여 웨이크업 동작하게 되는 상황이 발생하므로, 본 발명은 이를 방지하게 위한 것이다.
부하량의 감소시점(S32)에서는, 설정된 압력과 부하(4)로부터 피드백되는 압력의 차가 거의 없는 경우가 많다. 실제로, 부하(4)에서는 약간의 압력차에 의해 운전의 가감을 반복하게 된다. 그러나, 운전주파수를 가변하면 이 시점이 정상상태인지 또는 무유량 상황에서의 반복운전인지를 판단할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제어방법에서는, 실제 부하량을 판단하여 슬립모드로의 진입여부를 결정한다.
즉, 도 3을 참조로 설명하면, 부하량이 슬립레벨 이하로 감소하면(S32), 슬립지연만큼 시간이 경과되는지를 확인한다(S33).
슬립지연 이후에도 부하(4)의 부하량이 슬립레벨 이하인 경우에는(S34), 이는 부하량이 실제 적어진 것으로 판단한다. 즉, 슬립지연 이후에 부하량이 다시 증가하는 경우가 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 이 경우 계속하여 전동기(3)를 정상상태로 운전하도록 한다(S31).
제어부(27)는, 슬립지연 이후에도 부하(4)의 부하량이 슬립레벨 이하인 경우에는(S34), 전동기(3)의 운전주파수를 임의로 가변한다(S35). 만약 부하(4)의 피드백에 변화가 있는 경우에는(S36), 제어부(27)는 정상상태로 전동기(3)의 운전을 지속한다(S31). 예를 들어, 전동기(3)의 운전주파수를 가속한 경우, 부하(4) 피드백이 증가하거나, 또는 전동기(3)의 운전주파수를 감속한 경우, 부하(4)의 피드백이 감소한 경우에는 정상운전인 것으로 판단하여 정상상태 운전을 지속하게 된다.
만약, 전동기(3)의 운전주파수를 임의로 가변한 경우에도(S35), 부하(4)의 피드백에 변화가 없는 경우에는(S36), 제어부(27)는 무부하운전으로 판단하여, 인버터(2)는 슬립모드로 진입한다(S37). 즉, 인버터(2)를 정지한다.
도 4는 본 발명에 따른 인버터 제어방법을 설명하기 위한 다른 실시예의 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에서, S31 내지 S34는 도 3을 참조로 설명한 바와 동일하다. 즉, 인버터(2)의 제어부(27)는 정상상태에서 전동기(3)의 운전을 수행하다가, 부하(4)의 부하량이 슬립레벨 이하로 감소한 경우에는(S32), 슬립지연만큼 시간이 경과하는지 확인한다(S33).
슬립지연 이후에도 부하(4)의 부하량이 슬립레벨 이하인 경우에는(34), 제어부(27)는, 전동기(3)의 운전주파수를 가속한다(S41). 이때, 부하(4)로부터의 피드백이 상승하게 되며(S42), 설정된 값까지 상승한 경우, 다시 부하량이 슬립레벨 이하인지를 확인하여(S43), 이하인 경우에는(S43) 슬립모드로 진입하여(S44) 인버터(2)를 정지한다.
만약, S43에서 부하량이 슬립레벨 이하가 아닌 경우에는, 제어부(27)는 전동기(3)의 정상상태 운전을 수행한다(S31).
이와 같은 본 발명에 의하면, 실제 부하가 있는 것으로 판단하여 공회전하던 전동기를 슬립모드로 진입하도록 하여 에너지를 절감할 수 있으며, 또한, 피드백에서 문제가 되던 밴드에 의한 오류도 차단할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 에너지 절약면에서 시스템에서 최적의 운전조건을 제안하여, 부하량 변화에 따른 민감한 동작도 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 컴퓨터가 읽어들일 수 있는 프로그램 코드를 기록하여 구현하는 것이 가능하다. 본 발명의 실시예들이 소프트웨어를 이용하여 실행되는 경우, 본 발명의 구성수단들은 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 또한, 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 컴퓨터의 프로세서로 판독 가능한 매체에 저장되거나 전송 매체 또는 통신망을 통해 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호로 전송될 수 있다.
컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에는 컴퓨터 시스템이 읽어들일 수 있는 데이터를 저장하는 모든 종류의 기록장치가 포함될 수 있다. 예컨대, 컴퓨터 판독가능 기록매체에는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 포함될 수 있다. 또한, 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 컴퓨터 판독가능 기록매체를 분산배치하여 컴퓨터가 읽어들일 수 있는 코드가 분산 방식으로 저장되고 실행되도록 할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 교류전원 2: 인버터
3: 전동기 4: 부하
27: 제어부

Claims (7)

  1. 부하와, 상기 부하를 구동하는 전동기 및 상기 전동기를 운전하는 인버터를 포함하는 시스템에서, 인버터의 제어방법에 있어서,
    상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이하로 감소하면, 슬립지연만큼 시간이 경과하는지 확인하는 단계;
    슬립지연 이후에도 상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이하인 경우, 상기 전동기의 운전주파수를 가변하는 단계; 및
    상기 인버터를 슬립모드로 진입하도록 하는 단계를 포함하는 인버터의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    운전주파수의 가변에 따라, 상기 부하량의 피드백이 변화하는 경우, 상기 전동기의 정상상태 운전을 수행하는 단계를 더 포함하는 인버터의 제어방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인버터를 슬립모드로 진입하도록 하는 단계는,
    운전주파수의 가변에 따라, 상기 부하량의 피드백이 변화하지 않는 경우, 상기 인버터를 슬립모드로 진입하도록 하는 인버터의 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    슬립지연 이후에 상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이상인 경우에는, 상기 전동기의 정상상태 운전을 수행하는 단계를 더 포함하는 인버터의 제어방법.
  5. 부하와, 상기 부하를 구동하는 전동기 및 상기 전동기를 운전하는 인버터를 포함하는 시스템에서, 인버터의 제어방법에 있어서,
    상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이하로 감소하면, 슬립지연만큼 시간이 경과하는지 확인하는 단계;
    슬립지연 이후에도 상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이하인 경우, 상기 전동기의 운전주파수를 가속하여, 상기 부하의 피드백을 소정 레벨까지 상승하게 하는 단계;
    상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이하인 경우, 상기 인버터를 슬립모드로 진입하도록 하는 단계를 포함하는 인버터의 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 부하의 피드백이 소정 레벨까지 상승하고, 상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이상인 경우에는 상기 전동기의 정상상태 운전을 수행하는 단계를 더 포함하는 인버터의 제어방법.
  7. 제5항에 있어서,
    슬립지연 이후에 상기 부하의 부하량이 슬립레벨 이상인 경우에는, 상기 전동기의 정상상태 운전을 수행하는 단계를 더 포함하는 인버터의 제어방법.


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