KR101349851B1 - 전동기 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 고정자 코일과 회전자를 포함하는 전동기를 제어하는 장치로서, 전동기가 정지하고 있는 상태에서 소정의 목표 주파수를 포함하는 운전지령이 수취되면, 소정의 전압과 전압 위상으로 전동기를 기동하고, 기동 후에 전동기의 운전 주파수를 서서히 상승시키는 기동 운전부와, 운전 주파수가 목표 주파수보다도 낮은 소정치에 이르렀을 때에 기동운전으로부터 통상 운전으로 전환하는 운전 교체부와, 전동기로부터 검출된 전류 또는 전압에 기초하여 전동기의 회전자의 위치 및 운전 주파수를 추정하는 추정부와, 추정된 회전자의 위치에 기초하여, 전동기를 통상 운전하는 통상 운전부와, 통상 운전시, 검출된 전류, 전압 또는 추정된 운전 주파수에 기초하여 전동기의 이상 유무를 판단하는 이상 판단부와, 전동기가 이상으로 판단되는 경우, 전동기를 정지시키도록 제어하는 운전 제어부를 포함하는 전동기 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 이에 의하여, 전동기 제어장치 및 그 제어방법은 센서리스 방식에서의 위치 검출 실패를 판단하고, 이에 따라 전동기를 정지하도록 함으로써, 전동기를 안정적으로 제어할 수 있게 된다.
Figure R1020070105159
전동기, 마이컴, 위치 검출 실패, 정지

Description

전동기 제어장치 및 그 제어방법{Motor controller and method of controlling motor}
본 발명은 전동기 제어장치에 관한 것으로, 센서리스 방식에서의 위치 검출 실패 판단 및 이에 따른 전동기 정지에 의해 안정적인 제어가 가능한 전동기 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
통상 전동기 제어장치는 상용 교류 전원을 이용하여, 직류 전원으로 변환하고, 인버터를 이용하여 직류 전원을 소정 전압을 갖는 교류 전원으로 변환하여 전동기를 구동하도록 제어한다.
즉, 전동기의 동작 제어를 위해, 전동기 내부 또는 외부에 전류 센서를 부착하고 이에 의해 전동기에 흐르는 전류를 검출하여, 검출된 전류를 기초로 인버터의 스위칭 소자의 온/오프를 제어하였다.
통상 PWM(Pulse Width Modulation) 방식의 스위칭 제어 신호에 의해 인버터의 스위칭을 구동하며, 이에 따라 목표 주파수에 추종하도록 전동기의 동작을 제어하였다.
한편, 전류 센서 등이 비용을 저감하기 위하여, 센서 방식이 아닌 센서리 스(sensorless) 방식에 의해, 전동기 전류를 추정하고 이에 따라 전동기를 제어하는 방식도 사용되고 있다.
그러나, 센서리스 방식에 의해 전동기를 제어하는 경우, 전동기의 동작 이상이 발생할 경우에, 전동기에 대한 보호 대책이 구체적으로 마련되고 있지 않은 실정이다.
본 발명의 목적은, 센서리스 방식에서의 위치 검출 실패를 판단하고, 이에 따라 전동기를 정지하도록 함으로써, 안정적인 제어가 가능한 전동기 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동기 제어장치는, 고정자 코일과 회전자를 포함하는 전동기를 제어하는 장치로서, 전동기가 정지하고 있는 상태에서 소정의 목표 주파수를 포함하는 운전지령이 수취되면, 소정의 전압과 전압 위상으로 전동기를 기동하고, 기동 후에 전동기의 운전 주파수를 서서히 상승시키는 기동 운전부와, 운전 주파수가 목표 주파수보다도 낮은 소정치에 이르렀을 때에 기동운전으로부터 통상 운전으로 전환하는 운전 교체부와, 전동기로부터 검출된 전류 또는 전압에 기초하여 전동기의 회전자의 위치 및 운전 주파수를 추정하는 추정부와, 추정된 회전자의 위치에 기초하여, 전동기를 통상 운전하는 통상 운전부와, 통상 운전시, 검출된 전류, 전압 또는 추정된 운전 주 파수에 기초하여 전동기의 이상 유무를 판단하는 이상 판단부와, 전동기가 이상으로 판단되는 경우, 전동기를 정지시키도록 제어하는 운전 제어부를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전동기 제어방법은, 고정자 코일과 회전자를 포함하는 전동기를 제어하는 방법으로서, 전동기가 정지하고 있는 상태에서 소정의 목표 주파수를 포함하는 운전지령이 수취되면, 소정의 전압과 전압 위상으로 전동기를 기동하고, 기동 후에 전동기의 운전주파수를 서서히 상승시키는 기동 운전 단계와,운전 주파수가 목표 주파수보다도 낮은 소정치에 이르렀을 때에 기동운전으로부터 통상 운전으로 전환하는 운전 교체 단계와, 전동기의 추정부로부터 추정된 회전자의 위치에 기초하여, 전동기를 통상 운전하는 통상 운전 단계와, 통상 운전시, 전동기로부터 검출된 전류나 전압 또는 전동기의 추정부로부터 추정된 운전 주파수에 기초하여, 전동기의 이상 유무를 판단하는 단계와,전동기가 이상으로 판단되는 경우, 전동기를 정지시키는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명 실시예에 따른 전동기 제어장치 및 제어방법은, t센세리스 방식에서 위치 검출 실패를 판단하고, 이에 따라 전동기를 정지하도록 함으로써 전동기를 안정적으로 제어할 수 있게 된다.
또한, 센서리스 방식에서의 위치 검출 실패에 대한 다양한 유형을 제시함으로써, 전동기를 더욱 안정적으로 제어할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 제어장치를 도시한 회로도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기 제어장치(200)는, 리액터(205), 컨버터(210), 평활 커패시터(C11), 인버터(220), 기동 운전부(260), 운전 교체부(270), 통상 운전부(280), 이상 판단부(300), 추정부(290), 운전제어부(310), 및 이상 표시부(320)를 포함한다. 또한, dc 단 전압 검출부(D) 및 출력전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도면에서는 상용 교류 전원으로 삼상 교류 전원을 도시하고 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 전동기 제어장치는 이에 한정되지 않고, 상용 교류 전원으로 단상 교류 전원을 이용하는 것도 가능하다.
리액터(205)는 상용 교류 전원으로부터의 고조파 전류를 제거하여 이를 컨버터(210)에 공급한다. 또한 컨버터(210)가 스위칭 소자를 구비하는 경우, 상용 교류 전원을 승압하여 컨버터(210)에 공급한다. 또한, 리액터(205)는 교류 전원의 역률 보정을 위해 사용된다.
컨버터(210)는 리액터(205)로부터 전달된 상용 교류 전원을 변환하여 직류 전원으로 출력한다. 컨버터는 도면과 같이 복수개의 컨버터용 스위칭 소자를 구비할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다이어드 소자만으로 구성되는 정류기일 수도 있다. 일단, 도면과 같은 컨버터(210)는 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자 및 하암 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된다. 각 스위칭 소자에는 다이오드가 역병렬로 연결된다. 각 스위칭 소자의 게이트 단자에는 스위칭 제어 신호가 인가되어, 스위칭 동작이 수행되게 된 다.
평활 커패시터(C11)는 컨버터(210)의 출력단에 접속된다. 컨버터(210)로부터 출력되는 변환된 직류 전원을 평활하게 된다. 이하에서는 컨버터(210)의 출력단을 dc 단 또는 dc 링크단이라고 한다. dc 단에 평활된 직류 전압은 인버터(220)에 인가된다.
인버터(220)는 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 평활된 직류 전원을 입력받아 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원을 전동기(250)의 각 상에 인가한다. 삼상 전동기(250)는 고정자와 회전자를 구비하며, 각상의 고정자의 코일에 소정의 전압과 전압 위상의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 삼상 전동기(250)의 종류로는 BLDC 전동기, synRM 전동기 등 다양한 형태가 가능하다. 한편, 삼상 전동기(250)의 기능별로 분류하면, 공기조화기의 압축기에 사용되는 압축기용 전동기(도 2의 2b)일 수 있으며, 팬을 구동하기 위한 팬용 전동기(도 2의 5b,9b) 일수도 있다.
기동 운전부(260)는 전동기(250)가 정지하고 있는 상태에서 소정의 목표 주파수를 포함하는 운전지령이 수취되면, 소정의 전압과 전압 위상으로 전동기를 기동하고, 기동 후에 전동기(250)의 운전 주파수를 서서히 상승시킨다. 즉, 기동 운전부(260)는 인버터(220)에 기동 운전 신호(Si)를 출력하여 인버터의 스위칭 소자들이 기동 운전하고, 이에 따라 전동기 운전 주파수가 서서히 상승하도록 한다.
여기서, 목표 주파수를 포함하는 운전지령은, 기동 운전부(260)에 수취될 수 있으나, 또한, 후술하는 운전 제어부(310)에 수취될 수도 있다.
운전 교체부(270)는 전동기의 운전 주파수가 목표 주파수보다도 낮은 소정치에 이르렀을 때에 기동 운전으로부터 통상 운전으로 전환하도록 하는 동작 신호(So2)를 출력한다. 즉, 기동 초기에는 기동 운전부(260)가 동작하도록 동작 신호(So1)을 출력하며, 운전 주파수가 소정치에 이르른 경우에는, 통상 운전부(280)가 동작하도록 하는 동작신호(So2)를 출력한다. 한편, 운전 교체부(270)의 운전 교체 동작의 제어는 후에 상술하는 운전 제어부(310)의 운전 교체 제어 신호(Sac)에 의해 이루어진다.
통상 운전부(280)는 전동기가 센서리스 구동하도록 통상 운전을 한다. 즉, 기동 운전부(260)는, 센서 타입이 아닌 출력전류 검출부(E 또는 F)로부터 검출된 검출 전류(io)에 기초하여, 추정부(290)가 회전자의 위치 및 실제 운전 주파수를 추정하면, 이에 기초하여 전동기가 통상 운전 되도록 인버터(220)에 통상 운전 신호(Sc)를 출력한다.
추정부(290)는 출력전류 검출부(E 또는 F)로부터의 검출된 출력전류(io) 또는 전동기에서 발생하는 역기전력에 기초하여, 전동기의 회전자 위치를 추정한다. 여기서, 역기전력은 저항 소자 등을 이용하여 검출가능하며, dc 단 전압과 비교할 수도 있다. 또한 전동기의 운전 주파수(fd)도 추정한다. 추정부(290)에서 추정된 회전자 위치 및 운전 주파수(fd)는 운전 제어부(310) 및 이상 판단부(300)에 인가된다.
통상, 초기 기동시에는 전동기의 출력전류(io) 또는 역기전력의 크기가 작아, 출력전류(io) 또는 역기전력의 검출이 용이하지 않게 된다. 그러나, 운전 주파 수가 서서히 상승하면서, 전동기의 출력 전류(io) 또는 역기전력의 크기가 커지면서, 검출된 출력전류값(io) 또는 역기전력값이 운전 제어부(310) 및 이상 판단부(300)에 인가된다.
이러한, 검출 전류(io) 및 역기전력값은 기동운전에서 통상운전으로의 교체에도 사용되며, 또한, 통상 운전시, 이상판단부(300)에서의 이상판단에도 사용된다.
이상 판단부(300)는 통상 운전시, 검출된 출력전류(io) 또는 역기전력 또는 추정된 운전 주파수(fd)에 기초하여 전동기의 이상 유무를 판단한다.
예를 들어, 추정부(290)로부터 추정된 전동기의 운전 주파수(fd)가 소정 주파수 이하인 상태에서, 검출된 출력전류값(io) 또는 역기전력값이 제1 소정값 이상이거나 제1 소정값보다 작은 제2 소정값 이하인 경우에, 즉, 상한치 이상이거나, 하한치 이하인 경우에, 이상 판단부(300)는 위치 추정 실패로 판단하고, 이에 따라 제1 이상 판단 신호(Sf1)를 운전 제어부(310)에 출력한다.
또한, 추정부(290)로부터 추정된 전동기의 운전 주파수(fd)가 소정 주파수 이하인 상태에서, 목표 주파수와 추정 주파수와(fd)의 차이가 소정값 이상인 경우에, 이상 판단부(300)는 위치 추정 실패로 판단하고, 이에 따라 제1 이상 판단 신호(Sf1)를 운전 제어부(310)에 출력한다.
한편, 추정부(290)로부터 추정된 전동기의 운전 주파수(fd)가 소정 주파수 초과인 상태에서, 검출된 출력전류값(io) 또는 역기전력값이 제1 소정값 이상이거나 제1 소정값보다 작은 제2 소정값 이하인 경우에, 즉, 상한치 이상이거나, 하한 치 이하인 경우에, 이상 판단부(300)는 위치 추정 실패로 판단하고, 이에 따라 제2 이상 판단 신호(Sf2)를 운전 제어부(310)에 출력한다.
또한, 추정부(290)로부터 추정된 전동기의 운전 주파수(fd)가 소정 주파수 초과인 상태에서, 목표 주파수와 추정 주파수(fd)와의 차이가 소정값 이상인 경우에, 이상 판단부(300)는 위치 추정 실패로 판단하고, 이에 따라 제2 이상 판단 신호(Sf2)를 운전 제어부(310)에 출력한다.
여기서, 소정 주파수는 30Hz일 수 있다. 통상 운전 주파수는 지속적으로 상승하여 백 수십 Hz 정도까지 상승하나, 초기의 운전 주파수 상승 구간인, 예를 들어 30Hz 정도에서 위치 검출 실패에 따라 전동기의 일시 정지 또는 완전 정지를 시킴으로써, 초기에 전동기의 오동작을 방지할 수 있게 되며, 전동기 구동 제어의 안정성이 향상되게 된다.
운전 제어부(310)는 이상 판단부(300)로부터 이상 판단 신호(Sf1, Sf2)에 기초하여, 전동기의 동작을 제어하도록 한다.
예를 들어, 제1 이상 판단 신호(Sf1)가 수신되는 경우, 전동기가 일시 정지후 재기동 되도록 정지되도록, 먼저 운전 제어부(310)는 통상 운전부(280)에 통상 운전 제어 신호(Soc)를 출력한다. 이러한 통상 운전 제어 신호(Soc)에 의해, 통상 운전부(280)는 더 이상 인버터(220)에 통상 운전 신호(Sc)를 출력하지 않게 된다. 다음에, 일정시간 경과 뒤, 운전 제어부(310)는 일시 정지된 전동기가 다시 재기동하도록 제어한다. 이를 위하여, 운전 제어부(310)는 기동 운전부(260)에 기동 운전 제어 신호(Sic)를 출력한다. 이러한 기동 운전 제어 신호(Sic)에 의해, 기동 운전 부(260)는 인버터(220)로 기동 운전 신호(Si)를 출력한다.
한편, 운전 제어부(310)는 전동기의 일시 정지가 소정 시간 내에 소정 횟수 이상 나타나는 경우, 전동기의 동작을 완전 정지하도록 제어한다. 이를 위하여, 운전 제어부(310)는 타이머 및 카운터를 포함할 수 있다. 전동기의 일시 정지가 소정 시간 내에 소정 횟수 이상 나타나는 경우, 운전 제어부(310)는 기동 운전부(260) 또는 통상 운전부(280)에 더 이상 기동 운전 제어 신호(Sic) 또는 통상 운전 제어 신호(Soc)를 출력하지 않는다. 이에 의해, 인버터(220)에는 기동 운전 신호(Si)와 통상 운전 신호(Sc) 중 어느 것도 인가되지 않게 되며, 전동기(250)는 완전 정지하게 된다.
한편, 완전 정지시, 운전 제어부(310)는 이상 표시부(320)에 에러 신호(Sd)를 출력하한다. 이에 의해, LED 등의 디스플레이 소자로 구성되는 이상 표시부(320)에 에러가 표시되게 된다.
한편, 제2 이상 판단 신호(Sf1)가 수신되는 경우, 전동기가 완전 정지되도록, 운전 제어부(310)는 기동 운전부(260) 또는 통상 운전부(280)에 더 이상 기동 운전 제어 신호(Sic) 또는 통상 운전 제어 신호(Soc)를 출력하지 않는다. 이에 의해, 인버터(220)에는 기동 운전 신호(Si)와 통상 운전 신호(Sc) 중 어느 것도 인가되지 않게 되며, 전동기는 완전 정지하게 된다. 완전 정지시, 운전 제어부(310)는 이상 표시부(320)에 에러 신호(Sd)를 출력하한다. 이에 의해, LED 등의 디스플레이 소자로 구성되는 이상 표시부(320)에 에러가 표시되게 된다.
한편, 운전 제어부(310)는 기동 운전에서 통상 운전으로의 전환과 관련하여 운전 교체부(270)에 운전 교체 제어 신호(Sac)를 출력한다. 즉, 운전 주파수(fd)가 목표 주파수보다도 낮은 소정치에 이르렀을 때에 기동운전으로부터 통상 운전으로 전환하도록 하는 운전 교체 제어 신호(Sac)를 운전 교체부(270)로 출력한다. 이에 의해, 운전 교체부(270)는 기동운전 상태를 통상운전 상태로 전환시키게 된다.
또한, 운전 제어부(310)는 컨버터(210)를 제어하도록 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력할 수 있다. 스위칭 제어신호(Scc)는 PWM용 스위칭 제어신호로서, 검출되는 dc 단 전압(Vdc)을 기초로 생성되어 컨버터(210)에 출력된다. 스위칭 제어 신호(Scc)가 컨버터(210) 내의 각 스위칭 소자의 게이트 단자에 입력되면, 각 스위칭 소자는 스위칭 동작을 수행한다. 이에 의해 역률이 제어되며, 또한 상용 교류 전원이 직류 전원으로 변환되어 출력된다.
한편, 운전 제어부(310)는, 검출된 dc 단 전압과 dc 전압 지령치에 기초하여 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부와, 전류 지령치와 검출되는 입력전류에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부와, 전압 지령치에 기초하여 컨버터용 스위칭 소자를 구동하도록 스위칭 제어 신호(Scc)를 출력하는 스위칭 제어신호 출력부를 더 포함할 수 있다.
또한, 운전제어부(310)는 추정부(290)로부터의 추정 속도와 속도 지령치와의 차이에 기초하여 전류치를 생성하는 전류 지령 생성부와, 전류 지령치와 검출되는 입력전류에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부를 더 포함할 수 있다. 생성된 전압 지령치는 통상 운전부(280)에서의 통상 운전 신호 생성에 사용된다. 이에 의해 인버터(220) 스위칭 소자의 온/오프 동작이 제어된다.
dc 단 전압 검출부(D)는 평활 커패시터 양단의 전압인 dc 단 전압(Vdc)을 검출한다. 저항 소자 등을 이용하여 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있으며, 검출된 dc단 전압(Vdc)은 운전 제어부(310)에 인가될 수 있다. 검출된 dc 단 전압(Vdc)은 컨버터 스위치를 구동하기 위한 스위칭 제어 신호(Scc) 생성에 사용된다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(220)와 전동기(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 또한, 출력전류 검출부(F)는 상기 인버터의 3개의 하암 스위칭 소자에 일단이 각각 접속되는 션트 저항일 수 있다. 검출된 전류는 추정부에 입력되게 된다.
한편, 전동기의 역기전력을 검출하는 역기전력 검출부(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 역기전력은 저항 소자 등을 이용하여 검출 가능하다. 검출되는 역기전력은 추정부에 입력되게 된다.
도 2는 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 도 1에서 설명한 전동기 제어장치는 공기조화기에 사용되는 것이 가능하다. 공기조화기(50)는, 크게 실내기(I)와 실외기(O)로 구분된다.
실외기(O)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(2)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(2b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(4)와, 실외 열교환기(5)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(5a)과 실외팬(5a)을 회전시키는 전동기(5b)로 이루어진 실외 송풍기(5)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(6)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸 브(10)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(3) 등을 포함한다.
실내기(I)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(8)와, 실내측 열교환기(8)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(9a)과 실내팬(9a)을 회전시키는 전동기(9b)로 이루어진 실내 송풍기(9) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(8)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(2)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 상기 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전동기 제어장치에서의 전동기는 도면에서 도시한, 실외팬, 압축기 또는 실내 팬을 동작시키기 각 전동기(2b,5b,9b)일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 제어방법을 도시한 순서도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 먼저 전동기가 정지하고 있는 상태에서 전동기를 기동운전한다(S310). 소정의 목표 주파수를 포함하는 운전지령이 수취되면, 소정의 전압과 전압 위상으로 전동기를 기동하도록 제어하고, 기동 후에 전동기의 운전주파수를 서서히 상승시키도록 기동 운전을 행한다. 도 2에서 설명한 바와 같이 기동 운전부(260)에서 기동 운전 신호(Si)를 인버터(220)에 출력한다. 이에 따라 전동기의 실제 운전 주파수는 목표 주파수에 도달하도록 서서히 상승하게 된다.
다음에, 운전 주파수가 목표 주파수보다 낮은 소정치에 이르렀을때 기동운전으로부터 통상운전으로 운전을 교체한다(S320). 기동 운전(S310)에 의해 전동기의 실제 운전 주파수가 서서히 상승하여 목표주파수 보다 낮은 소정치에 이르른 경우, 통상 운전으로 운전을 교체한다. 소정치는 도 2의 출력 전류 검출부(E 또는 F) 등에서 검출되는 출력전류값(io) 또는 역기전력값이 적절히 검출되기 시작하는 시점일 수 있다. 이 시점부터 전동기는 센서리스 구동을 행하게 된다. 도 2에서 설명한 바와 같이 운전 교체부(270)는 기동 운전부(260) 대신에 통상 운전부(280)가 동작하도록 변경한다.
다음에, 통상운전을 행한다(S330). 통상 운전은, 기동운전과 달리, 전동기의 출력전류(io) 또는 역기전력에 기초하여, 전동기의 회전자의 위치 및 운전 속도(운전 주파수;fd)가 추정되며, 이에 기초하여 센서리스 방식으로 구동되는 것을 의미한다. 회전자의 위치 또는 운전 속도에 기초하여 통상 운전부가 동작을 하며, 통상 운전부(280)로부터 통상 운전 신호(Sc)가 인버터(220)에 출력된다.
다음에, 전동기의 이상 유무를 판단한다(S340). 전동기가 통상 운전 모드로 운전되는 상태에서, 추정되는 운전 주파수(fd), 출력 전류값(io) 또는 역기전력에 기초하여 전동기의 이상 유무를 판단한다. 이상 유무 판단에 대해서는 도 4 내지 도 5를 참조하여 후술한다.
다음에, 전동기가 이상으로 판단되는 경우에, 전동기를 정지한다(S350). 전동기의 정지는 일시 정지 또는 완전 정지가 다 가능하다. 일시 정지 후에는 전동기는 다시 재기동되게 된다. 전동기 정지에 관해서는 도 4 내지 도 5를 참조하여 후 술한다.
도 4는 도 3의 이상 유무 판단 및 전동기 정지의 일예를 보여주는 상세 순서도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 먼저 운전 주파수가 소정 주파수 이하인지 여부를 판단한다(S410). 통상 운전 상태에서, 추정부(290)에서 추정된 운전 주파수(fd)가 소정 주파수 이하인지 여부를 판단한다. 소정 주파수는 30Hz 일 수 있다.
운전 주파수(fd)가 소정 주파수 이하인 경우, 검출 전류값 또는 전압값이 제1 소정값 이상 또는 제2 소정값 이하인지 여부를 판단한다(S420). 즉, 검출되는 출력 전류값(io) 또는 전동기의 역기전력값이 상한지 이상인지 또는 하한치 이하인지 여부를 판단한다. 이는, 출력 전류 검출부(E 또는 F) 등에서 검출되는 출력 전류값(io) 또는 역기전력값의 이상 유무를 판단하는 것이다. 추정부(290)에서 추정하는 회전자의 위치 및 운전 주파수(fd)가 적정 범위를 벗어날 경우, 전동기의 통상 운전 제어가 제대로 수행되지 않을 수 있으므로, 이를 판단한다.
검출 전류값(io) 또는 전압값이 제1 소정값 이상 또는 제2 소정값 이상인 경우 전동기를 일시 정지하고 재기동 되도록 제어한다(S430). 검출되는 출력 전류값(io) 또는 전동기의 역기전력값이 상한치 이상이거나 하한치 이하인 경우, 위치 검출 실패로 판단하고, 전동기의 통상 운전을 일시 정지하도록 한다. 이는 전동기의 이상 동작을 방지하기 위함이다. 한편, 일시 정지 후 소정 시간 후에 다시 전동기를 재기동한다. 재기동시는 다시, 기동 운전 상태로 전동기가 동작하게 된다.
다음에 일시 정지가 소정 시간 내 소정 횟수 이상 발생하는 지 여부를 판단 한다(S440). 제430 단계에서 발생하는 일시 정지 후 재기동 과정이 소정 시간 내 소정횟수 이상 발생하는 경우는 전동기 제어가 계속해서 불안정하게 이루어지는 지 여부를 판단한다.
일시 정지가 소정 시간 내 소정 횟수 이상 발생하는 경우, 전동기를 완전 정지하도록 제어한다(S450). 제440 단계의 조건이 만족하는 경우, 전동기 제어의 불안정성을 해소하기 위하여, 전동기를 완전히 정지하도록 한다. 이를 위하여, 전동기에 출력 전류를 공급하는 인버터(220)의 동작을 완전히 정지시킨다. 또는 아예 전동기 제어장치에 공급되는 상용 교류 전원의 공급을 중단하는 것도 가능하다.
다음에, 완전 정지시, 에러 신호를 출력한다(S460). 에러 신호(Sd)는 에러 표시부(320)에 인가되어, 완전 정지에 대한 표시를 하도록 한다. 전동기의 위치 검출 실패 및 이에 따른 전동기 완전 정지를 알려주기 위해, 에러 표시부(320)에 에러 표시(Sd)를 한다. 이에 의해, 간편하게 위치 검출 실패 및 전동기 완전 정지를 알 수 있게 된다.
한편, 제410 단계에서 운전 주파수가 소정 주파수 이하가 아닌 초과인 경우, 검출 전류값(io) 또는 전압값이 제1 소정값 이상 또는 제2 소정값 이하인지 여부를 판단한다(S470). 소정 주파수는 30Hz일 수 있다. 전동기의 운전 주파수가 소정 주파수 초과인 상태에서, 검출되는 출력 전류값(io) 또는 전동기의 역기전력값이 상한치 이상 또는 하한치 이하인지 여부를 다시 판단한다.
단계 470의 조건이 만족하면, 전동기를 완전 정지하도록 제어하며, 또한 에러 신호(Sd)를 출력하도록 하여, 완전 정지에 대한 표시를 하도록 한다. 제430 단 계와 달리, 운전 주파수가 더 높은 상태에서 위치 검출 실패로 판단되면, 전동기 제어의 안정성 확보를 위해, 바로 전동기를 완전 정지한다. 또한, 전동기의 위치 검출 실패 및 이에 따른 전동기 완전 정지를 알려주기 위해, 에러 표시부(320)에 에러 표시를 한다. 이에 의해, 간편하게 위치 검출 실패 및 전동기 완전 정지를 알 수 있게 된다.
도 5는 도 3의 이상 유무 판단 및 전동기 정지에 다른 예를 보여주는 상세 순서도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 도 5의 전반적인 동작은 도 4의 동작과 대체도 유사하다. 즉, 제510 단계(S510), 제530 단계(S530), 제540 단계(S540), 제550 단계(S550), 제560 단계(S560)는 도 4의 해당하는 단계와 동일하다.
다만, 도 5에서는, 제520 단계(S520) 및 제570 단계(S570)에서, 목표 주파수와 추정 주파수 차이가 소정값 이상인지 여부를 판단한다. 위치 실패 판단의 다른 실시예로서, 운전 지령에 포함되는 목표 주파수와 추정부(290)에서 추정된 추정주파수(fd)의 차이가 소정값 이상인지 여부를 판단한다. 그 차이가 소정값 이상이라면 위치 검출 실패로 판단한다.
한편, 운전 주파수가 소정 주파수 이하인 경우에, 제520 단계(S520)를 만족하는 경우는 전동기를 일시 정지후 재기동한다. 그 이후에 단계는 도 4와 동일하다.
또한, 운전 주파수가 소정 주파수 초과인 경우에, 제570 단계(S570)를 만족하는 경우 전동기를 즉시 완전 정지한다. 그리고 에러 표시를 행한다.
여기서, 소정 주파수는 도 4와 동일하게 30Hz일 수 있다. 통상 운전 주파수는 지속적으로 상승하여 백 수십 Hz 정도까지 상승하나, 초기의 운전 주파수 상승 구간인, 예를 들어 30Hz 정도에서 위치 검출 실패에 따라 전동기의 일시 정지 또는 완전 정지를 시킴으로써, 초기에 전동기의 오동작을 방지할 수 있게 되며, 전동기 구동 제어의 안정성이 향상되게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 제어장치를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 도 3의 이상 유무 판단 및 전동기 정지의 일예를 보여주는 상세 순서도이다.
도 5는 도 3의 이상 유무 판단 및 전동기 정지에 다른 예를 보여주는 상세 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
205:리액터 210:컨버터
220:인버터 250:전동기
260:기동운전부 270:운전교체부
280:통상운전부 290:추정부
300:이상판단부 310:운전제어부
320:이상표시부

Claims (24)

  1. 고정자 코일과 회전자를 포함하는 전동기를 제어하는 장치에 있어서
    상기 전동기가 정지하고 있는 상태에서 소정의 목표 주파수를 포함하는 운전지령이 수취되면, 소정의 전압과 전압 위상으로 상기 전동기를 기동하고, 기동 후에 상기 전동기의 운전 주파수를 서서히 상승시키는 기동 운전부;
    상기 운전 주파수가 상기 목표 주파수보다도 낮은 소정치에 이르렀을 때에 기동운전으로부터 통상 운전으로 전환하는 운전 교체부;
    상기 전동기로부터 검출된 전류 또는 전압에 기초하여 상기 전동기의 회전자의 위치 및 운전 주파수를 추정하는 추정부;
    상기 추정된 상기 회전자의 위치에 기초하여, 상기 전동기를 통상 운전하는 통상 운전부;
    상기 통상 운전시, 상기 검출된 전류, 전압 및 추정된 운전 주파수 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전동기의 이상 유무를 판단하는 이상 판단부; 및
    상기 통상 운전시, 상기 검출된 전류, 전압 및 추정된 운전 주파수 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전동기의 이상 유무를 판단하는 이상 판단부; 및
    상기 전동기가 이상으로 판단되는 경우, 상기 전동기를 일시 정지시키도록 제어하며, 상기의 일시 정지가 소정 시간 내에 소정 횟수 이상 나타나는 경우, 상기 전동기의 동작을 완전 정지시키도록 제어하는 운전 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이상 판단부는, 상기 추정된 운전 주파수가 소정 주파수 이하인 상태에서, 상기 검출된 전류값 또는 전압값이 제1 소정값 이상이거나, 상기 제1 소정값 보다 작은 제2 소정값 이하인 경우에, 상기 전동기의 위치 추정 실패로 판단하고,
    상기 운전 제어부는, 상기 위치 추정 실패 판단에 의해 상기 전동기를 일시정지시킨 후 재기동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 운전 제어부는
    상기 완전 정지시, 에러 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이상 판단부는, 상기 추정된 운전 주파수가 소정 주파수 초과인 상태에서, 상기 검출된 전류값 또는 전압값이 제1 소정값 이상이거나, 상기 제1 소정값 보다 작은 제2 소정값 이하인 경우에, 상기 전동기의 위치 추정 실패로 판단하고,
    상기 운전 제어부는, 상기 위치 추정 실패 판단에 의해 상기 전동기를 완전 정지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이상 판단부는, 상기 추정된 운전 주파수가 소정 주파수 이하인 상태에서, 상기 목표 주파수와 상기 추정 주파수와의 차이가 소정값 이상인 경우에, 상기 전동기의 속도 추정 실패로 판단하고,
    상기 운전 제어부는, 상기 속도 추정 실패 판단에 의해 상기 전동기를 일시정지시킨 후 재기동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이상 판단부는, 상기 추정된 운전 주파수가 소정 주파수 초과인 상태에서, 상기 목표 주파수와 상기 추정 주파수와의 차이가 소정값 이상인 경우에, 상기 전동기의 속도 추정 실패로 판단하고,
    상기 운전 제어부는, 상기 속도 추정 실패 판단에 의해 상기 전동기를 완전 정지키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 검출 전류는 상기 전동기에 흐르는 출력전류인 것을 특징으로 하는 전동기 제어장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 검출 전압은 상기 전동기에서 발생하는 역기전력인 것을 특징으로 하는 전동기 제어장치.
  12. 제2항, 제5항, 제6항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정 주파수는 30Hz인 것을 특징으로 하는 전동기의 제어장치.
  13. 고정자 코일과 회전자를 포함하는 전동기를 제어하는 방법에 있어서
    상기 전동기가 정지하고 있는 상태에서 소정의 목표 주파수를 포함하는 운전지령이 수취되면, 소정의 전압과 전압 위상으로 상기 전동기를 기동하고, 기동 후에 상기 전동기의 운전주파수를 서서히 상승시키는 기동 운전 단계;
    상기 운전 주파수가 상기 목표 주파수보다도 낮은 소정치에 이르렀을 때에 기동운전으로부터 통상 운전으로 전환하는 운전 교체 단계;
    상기 전동기의 추정부로부터 추정된 회전자의 위치에 기초하여, 상기 전동기를 통상 운전하는 통상 운전 단계;
    상기 통상 운전시, 상기 전동기로부터 검출된 전류나 전압 또는 상기 전동기의 추정부로부터 추정된 운전 주파수에 기초하여, 상기 전동기의 이상 유무를 판단하는 단계;
    상기 전동기가 이상으로 판단되는 경우, 상기 전동기를 일시 정지시키는 단계;
    상기 일시 정지 후, 상기 전동기를 재기동하는 단계; 및
    상기의 일시 정지가 소정 시간 내에 소정 횟수 이상 나타나는 경우, 상기 전동기의 동작을 완전 정지시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이상 판단 단계는, 상기 추정된 운전 주파수가 소정 주파수 이하인 상태에서, 상기 검출된 전류값 또는 전압값이 제1 소정값 이상이거나, 상기 제1 소정값 보다 작은 제2 소정값 이하인 경우에, 상기 전동기의 위치 추정 실패로 판단하고,
    상기 일시 정지 단계는, 상기 위치 추정 실패 판단에 의해 상기 전동기를 일시정지시키는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어방법.
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서,
    상기 완전 정지 단계에서, 에러 신호를 더 출력하는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 이상 판단 단계는, 상기 추정된 운전 주파수가 소정 주파수 초과인 상태에서, 상기 검출된 전류값 또는 전압값이 제1 소정값 이상이거나, 상기 제1 소정값 보다 작은 제2 소정값 이하인 경우에, 상기 전동기의 위치 추정 실패로 판단하고,
    상기 위치 추정 실패 판단에 의해 상기 전동기를 완전 정지시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 이상 판단 단계는, 상기 추정된 운전 주파수가 소정 주파수 이하인 상태에서, 상기 목표 주파수와 상기 추정 주파수와의 차이가 소정값 이상인 경우에, 상기 전동기의 속도 추정 실패로 판단하고,
    상기 일시 정지 단계는, 상기 속도 추정 실패 판단에 의해 상기 전동기를 일시정지시키는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어방법.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제13항에 있어서,
    상기 이상 판단 단계는, 상기 추정된 운전 주파수가 소정 주파수 초과인 상태에서, 상기 목표 주파수와 상기 추정 주파수와의 차이가 소정값 이상인 경우에, 상기 전동기의 속도 추정 실패로 판단하고,
    상기 속도 추정 실패 판단에 의해 상기 전동기를 완전 정지키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기의 제어방법.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 검출 전류는 상기 전동기에 흐르는 출력전류인 것을 특징으로 하는 전동기 제어방법.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 검출 전압은 상기 전동기에서 발생하는 역기전력인 것을 특징으로 하는 전동기 제어방법.
  24. 제14항, 제17항, 제18항 및 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정 주파수는 30Hz인 것을 특징으로 하는 전동기의 제어방법.
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