KR101300380B1 - 인버터 제어방법 - Google Patents

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Abstract

인버터 제어방법이 개시된다. 본 발명의 제어방법은, 현재 출력주파수로부터 펄스폭변조(PWM) 출력펄스수를 계산하여, PWM 출력펄스수가 설정펄스수 이하인 경우에, 상기 설정펄스수로 PWM 출력펄스수를 보상하고, 보상된 PWM 출력펄스수를 이용하여 새로운 출력주파수를 계산한다.

Description

인버터 제어방법{METHOD FOR STABILIZING INVERTER OUTPUT CURRENT}
본 발명은 인버터 제어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고속 블러워, 고속 냉동기 등의 부하에 적용되는 인버터의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 터보기계를 구동하는 원동기로서 전동기가 사용된다. 일반 전동기의 회전수는 공급전력의 주파수에 비례하고 모터의 극수에 반비례하기 때문에, 2극모터의 경우에도 최고회전수가 3,600rpm을 넘지 못한다.
이보다 고속을 얻기 위해서, 기계적인 증속기가 사용된다. 그러나, 증속기를 사용할 경우, 비용이 많이 소요되고, 기계적 마찰손실 등으로 인하여 기기효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 고속에서 고효율을 얻을 수 있는 고속전동기를 사용하고, 이 고속전동기의 회전수를 올리기 위하여 인버터를 부착하여, 전동기 속도를 수만 rpm까지 고속화하는 기술이 상용화되고 있다.
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.
도 1의 인버터(2)는 교류전원(1)의 전력을 수신하여 전력변환을 통하여 출력전압과 주파수를 변환하여 전동기(3)에 공급함으로써, 전동기 속도 및 토크를 고효율로 제어한다. 이와 같이, 전동기(3)의 속도를 정밀제어하여 에너지절약과 품질향상을 이룰 수 있어, 각종 송풍기, 펌프, 공작기계, 섬유기계 등의 자동화설비에 널리 사용된다.
도 1의 PWM 제어부(28)가 PWM 신호를 생성하는데 가장 일반적으로 사용되는 것이 정현파 PWM(Sinusoidal PWM; 이하, 'SPWM'이라 함) 제어이다.
SPWM 제어에서는, 정현파 기준신호(reference)와 삼각파 운송신호(carrier)를 비교하여 출력전압을 출력한다. 저속운전용(60Hz 이하) 인버터의 경우 출력펄스 수의 큰 변화없이 비동기 SPWM으로 인버터를 구동할 수 있다.
그러나, 고속운전용 인버터의 경우, 인버터 운전주파수의 고속변화(수 kHz)에 따라 PWM 출력펄스수가 심하게 변화하는 문제점이 있다. PWM 출력펄스수의 변화가 클 경우에는, 고속운전용 인버터는 일정한 출력전류를 얻을 수 없게 되며, 출력전류의 맥동증가로 인해 안정된 인버터 출력이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 동기 PWM 제어를 수행하여, 고속운전용 인버터에서 안정적인 출력전류를 얻기 위한, 인버터 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 전동기를 구동하는 인버터의 제어방법은, 현재 출력주파수로부터 펄스폭변조(PWM) 출력펄스수를 계산하는 단계; PWM 출력펄스수가 설정펄스수 이하인 경우에, 상기 설정펄스수로 PWM 출력펄스수를 보상하는 단계; 및 보상된 PWM 출력펄스수를 이용하여 새로운 출력주파수를 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 새로운 출력주파수에 의해 PWM 펄스를 출력하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 새로운 출력주파수에 의해 출력되는 PWM 펄스는, 동기 PWM 펄스인 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 설정된 PWM 모드를 확인하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명은, PWM 출력펄스가 대칭을 이루어 동기되도록 PWM 출력펄스수를 제어함으로써, 인버터의 고속운전시 왜곡없이 안정된 출력전류를 얻도록 하는 하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 인버터로 제어되는 전동기 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인버터 제어방법을 설명하기 위한 일실시예 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 동기 PWM 제어를 설명하기 위한 일실시예 그래프이다.
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.
본 발명의 제어방법은, 고속 블러워, 고속 냉동기 등, 정격속도가 수만 rpm에 이르고, 운전주파수가 수 kHz에 이르는 인버터를 구동할 때 적용되는 것이다. 본 발명은 운전주파수의 증가에 따른 고속스위칭시 인버터 출력전류를 안정화하기 위하여, 인버터 PWM 제어시, 동기(symmetric) PWM 제어를 수행한다.
본 발명의 제어방법은, 도 1과 같은 인버터 시스템에 적용되는 것으로서, 이중 PWM 제어부(28)의 제어에 관한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 인버터 제어방법을 설명하기 위한 일실시예 그래프이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 제어방법은, 인버터의 운전모드를 확인하여(S21), 저속운전인 경우에는 위에서 설명한 비동기 PWM 제어를 수행한다(S23).
S21에서, 고속운전이 요구되는 인버터인 경우에는, 설정된 PWM 모드를 확인한다(S22). 이를 위해서, 인버터는, 동기 PWM 모드로 운전할 것인지, 또는 비동기 PWM 모드로 운전할 것인지에 대해, 사용자의 설정에 의해 지정하여 저장해두고 있는 것이 바람직하다.
S22에서, 설정된 PWM 모드가 비동기 PWM인 경우, 비동기 PWM 제어를 수행하고(S23), 설정된 PWM 모드가 동기 PWM인 경우, 본 발명의 동기 PWM 제어를 수행한다.
PWM 제어부(28)는, 현재의 출력주파수로부터 PWM 출력펄스수를 계산한다(S24).
S24에서 계산한 PWM 출력펄스수가 설정된 펄스수(설정펄스수) 이하인 경우에는(S25), 설정펄스수로 PWM 출력펄스수를 보상한다(S26).
이렇게 보상된 PWM 출력펄스를 이용하여, PWM 제어부(28)는 새로운 주파수를 계산하여(S27), 계산된 새로운 주파수를 가지고 PWM 펄스를 출력한다(S28).
이를 도면을 참조로 더욱 상세하게 설명하기로 하자.
도 3은 본 발명에 따른 동기 PWM 제어를 설명하기 위한 일실시예 그래프로서, (a)는 정현파 기준신호와 삼각파 운송신호와 관계, (b)는 종래 정현파 기준신호(A)에 의해 출력되는 PWM 펄스, (c)는 본 발명에 따라 PWM 출력펄스수를 보상한 정현파 기준신호(B)에 의해 출력되는 PWM 펄스를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 인버터를 고속운전하는 경우, 급변하는 주파수의 변화에 대해 PWM 출력펄스수의 변화가 심하게 되며, PWM 출력펄스수의 증감에 따른 출력파형의 영향이 크게 된다.
따라서, 본 발명의 PWM 제어부(28)는, 현재 운전중인 인버터의 PWM 펄스를 계산하여, 설정펄스수 이하인 경우에는 이 값을 보상하여, 인버터의 운전주파수를 변경하여, 동기 PWM으로 제어한다.
도 3(a)에서, 비동기 PWM 펄스를 출력하던 A의 운전주파수(도 3(b)의 비동기 PWM 펄스)를, B와 같이 주파수를 변경하면, 도 3(c)와 같이 동기 PWM 펄스를 출력하게 되는 것을 알 수 있다.
A에서 B로의 운전주파수의 변경에 의해, 한 주기동안 출력되던 PWM 펄스수도 증가하게 됨을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 PWM 출력펄스가 대칭을 이루어 동기되도록 PWM 출력펄스수를 제어함으로써, 인버터의 고속운전시 왜곡없이 안정된 출력전류를 얻을 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
21: 컨버터 22: 초기충전저항
23: 스위치 24: 평활 콘덴서
25: PWM 인버터부 26: 전류검출부
27: 제어부 28: PWM 제어부

Claims (4)

  1. 전동기를 구동하기 위해, 상기 전동기로 소정 전압과 주파수를 제공하는 인버터를 제어하는 방법에 있어서,
    설정된 펄스폭변조(PWM) 모드가 동기 PWM 모드인지 확인하는 단계;
    현재 주파수로부터 PWM 출력펄스수를 계산하는 단계;
    PWM 출력펄스수가 설정펄스수 이하인 경우에, 상기 설정펄스수로 PWM 출력펄스수를 변경하는 단계;
    변경된 PWM 출력펄스수를 이용하여 인버터가 제공하는 주파수를 변경하는 단계; 및
    변경된 주파수에 의해 동기된 PWM 펄스를 출력하는 단계를 포함하는 제어방법.

  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
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