KR101386750B1 - 유도 전동기의 속도 제어 장치 - Google Patents

유도 전동기의 속도 제어 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101386750B1
KR101386750B1 KR1020130020081A KR20130020081A KR101386750B1 KR 101386750 B1 KR101386750 B1 KR 101386750B1 KR 1020130020081 A KR1020130020081 A KR 1020130020081A KR 20130020081 A KR20130020081 A KR 20130020081A KR 101386750 B1 KR101386750 B1 KR 101386750B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
speed
torque
command
unit
diameter
Prior art date
Application number
KR1020130020081A
Other languages
English (en)
Inventor
변성훈
Original Assignee
엘에스산전 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘에스산전 주식회사 filed Critical 엘에스산전 주식회사
Priority to KR1020130020081A priority Critical patent/KR101386750B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101386750B1 publication Critical patent/KR101386750B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • H02P25/062—Linear motors of the induction type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0004—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

본 발명은 유도전동기의 회전속도를 검출하는 속도 검출부, 상기 속도 검출부가 검출한 회전속도와, 소재의 최소 직경, 유도전동기의 최대 속도 및 선속도 지령을 이용하여 상기 소재의 직경을 연산하는 직경 연산부, 상기 직경 연산부가 연산한 소재의 직경과, 상기 선속도 지령을 이용하여 지령속도를 연산하는 지령속도 연산부, 상기 지령속도 연산부가 연산한 지령속도에 속도 바이어스를 가산하는 제1가산부, 외부에서 입력되는 스플라이싱 레벨과 상기 선속도 지령을 이용하여 스플라이싱 속도를 연산하는 스플라이싱 속도 연산부, 상기 제1가산부의 출력에 상기 스플라이싱 속도를 가산하여 최종 지령속도를 출력하는 제2가산부, 상기 최종 지령속도와 상기 회전속도의 오차를 보상하기 위한 토크전류 지령치를 출력하는 속도 제어부 및 외부에서 입력되는 스플라이싱 토크량과, 상기 직경 연산부가 연산한 소재의 직경과, 장력지령, 소재의 최소 직경 및 마찰손 보상을 이용하여 연산된 토크제한값에 따라, 상기 토크전류 지령치를 제한하는 토크 제한부를 포함하는 유도전동기의 속도 제어 장치에 관한 것이다.

Description

유도 전동기의 속도 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING SPEED OF INDUCTION MOTOR}
본 발명은 유도 전동기의 속도 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속 공정 시스템에 적용하기 위한 유도 전동기의 속도 제어 장치에 관한 것이다.
철강, 제지, 섬유, 필름 산업과 같은 연속 공정 시스템에 적용되는 와인더(winder)는 운전을 개시하면 직경 연산을 시작하고 그 결과를 속도제어에 반영하여 속도 지령을 가감하여 라인의 선속도(line speed)를 일정하게 유지하고, 소재에 걸리는 장력을 일정하게 유지하는 것을 목적으로 한다.
이러한 와인더는 소재의 장력제어를 수행하기 위하여 장력센서인 로드셀(loadcell) 또는 위치센서인 댄서(dancer)를 사용하는 클로즈드 루프(closed loop) 와인더와 센서를 사용하지 않는 오픈 루프(open loop) 와인더로 구분된다.
클로즈드 루프 와인더의 경우, 장력 지령을 별도로 인가하지 않고 속도제어로 장력제어를 행하게 되며, 오픈 루프 와인더는 센서를 사용하지 않는 대신 장력 지령을 입력받아서 속도 제어기의 토크를 제한한다.
한편, 연속 공정 시스템에서는 인버터의 운전 중에 소재가 감기는 보빈을 교체할 수 있도록 스플라이싱(splicing) 기능이 적용될 수 있는데, 클로즈드 루프 와인더의 경우 보빈의 교체시 직경 연산 결과가 빠르게 반영되지 않더라도 센서 입력으로 인하여 단시간 내에 속도를 제어하여 장력을 제어할 수 있다.
그러나, 오픈 루프 와인더의 경우는 센서를 사용하지 않기 때문에 보빈의 교체에 따라 직경이 급격하게 변화하게 되면 직경 연산 결과가 빠르게 반영되지 않게 되어 전동기 속도 저하가 발생할 수 있다. 또한 오픈 루프 와인더의 경우 토크가 제한되므로 직경이 급격히 변화하는 경우 실제 부하가 필요로 하는 만큼의 토크를 제공하지 못하게 되어 전동기의 속도 저하를 더욱 가중시킨다. 이러한 전동기의 속도 저하는 소재의 늘어짐을 초래하게 되어 연속 공정 시스템의 품질을 저하시키는 문제점이 있다.
[문헌 1] 공개특허 제2012-0003744호(2012. 01. 11)
[문헌 2] 공개특허 제2009-0096829호(2009. 9. 15)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 연속 공정 시스템에서 보빈의 교체시 소재의 늘어짐을 방지할 수 있는 유도 전동기의 속도 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 일실시예인 유도전동기의 속도 제어 장치는 유도전동기의 회전속도를 검출하는 속도 검출부, 상기 속도 검출부가 검출한 회전속도와, 소재의 최소 직경, 유도전동기의 최대 속도 및 선속도 지령을 이용하여 상기 소재의 직경을 연산하는 직경 연산부, 상기 직경 연산부가 연산한 소재의 직경과, 상기 선속도 지령을 이용하여 지령속도를 연산하는 지령속도 연산부, 상기 지령속도 연산부가 연산한 지령속도에 속도 바이어스를 가산하는 제1가산부, 외부에서 입력되는 스플라이싱 레벨과 상기 선속도 지령을 이용하여 스플라이싱 속도를 연산하는 스플라이싱 속도 연산부, 상기 제1가산부의 출력에 상기 스플라이싱 속도를 가산하여 최종 지령속도를 출력하는 제2가산부, 상기 최종 지령속도와 상기 회전속도의 오차를 보상하기 위한 토크전류 지령치를 출력하는 속도 제어부 및 외부에서 입력되는 스플라이싱 토크량과, 상기 직경 연산부가 연산한 소재의 직경과, 장력지령, 소재의 최소 직경 및 마찰손 보상을 이용하여 연산된 토크제한값에 따라, 상기 토크전류 지령치를 제한하는 토크 제한부를 포함한다.
본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 직경 연산부가 연산한 소재의 직경과, 장력지령, 소재의 최소 직경 및 마찰손 보상을 이용하여 소정의 토크량을 연산하는 토크제한 연산부 및 상기 토크제한 연산부에 의해 연산된 상기 소정의 토크량에, 상기 스플라이싱 토크량을 가산하여 상기 토크제한값으로 출력하는 제3가산부를 포함하고, 상기 소정의 토크량은 다음의 수학식에 의해 연산될 수 있다.
Figure 112013016835337-pat00001
본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 지령속도 연산부가 연산한 지령속도와 상기 속도 검출부가 검출한 회전속도를 비교한 오차를 상기 속도 제어부로 출력하는 제1비교부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 유도전동기로부터 검출한 3상 전류를 회전좌표의 자속전류와 토크전류로 변환하는 2상 전류 변환부, 상기 토크 제한부에서 출력되는 토크전류 지령치와 상기 2상 전류 변환부로부터 출력되는 토크전류의 오차를 구하는 제2비교부, 자속전류 지령치와 상기 2상 전류 변환부로부터 출력되는 자속전류의 오차를 구하는 제3비교부, 상기 제2 및 제3비교부로터 출력을 수신하여, 자속전압 지령치 및 토크전압 지령치를 출력하는 전류 제어부, 상기 전류 제어부의 자속전압 지령치와 토크전압 지령치를 고정좌표의 3상 전압으로 변환하는 3상 전압 변환부 및 상기 3상 전압 변환부로부터 수신한 3상 전압을 상기 유도전동기에 인가하여 회전하도록 제어하는 인버터를 더 포함한다.
본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 자속전류 지령치와 상기 토크 제한부에서 출력되는 토크전류 지령치 및 상기 유도전동기의 회전자 시정수를 이용하여 슬립 주파수를 연산하는 슬립 연산부, 상기 슬립 주파수와 상기 속도 검출부가 검출한 회전속도를 가산하는 제4가산부 및 상기 제4가산부의 출력을 적분하여, 회전자 자속의 위치를 출력하는 적분부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 적분부의 출력인 상기 회전자 자속의 위치는 상기 2상 전류 변환부 및 상기 3상 전압 변환부로 입력되어, 좌표변환 제어에 이용될 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 외부에서 입력되는 스플라이싱 레벨을 이용하여 지령속도를 높여주고, 외부에서 입력되는 스플라이싱 토크량을 이용하여 토크제한값을 증가시킴으로써, 유도전동기의 회전 속도가 증가하여 소재의 늘어짐 없이 연속 공정이 가능한 이점이 있다.
도 1은 연속 공정 시스템에 적용될 수 있는 스플라이싱 기능을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유도 전동기의 속도 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
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. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 연속 공정 시스템에 적용될 수 있는 스플라이싱 기능을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 1을 참조하면, 스플라이싱 기능이 적용된 연속 공정 시스템은 철강, 제지, 섬유, 필름 등의 소재가 감기는 제1 및 제2 보빈(10, 20), 회전축(30), 회전장치(40)를 포함한다.
제1보빈(10)과 제2보빈(20)에는 인버터로 구동되는 유도 전동기가 설치되어 있어서, 일정한 선속도(line speed)와 소정의 방향으로 회전하여 상기 소재가 감긴다.
제1보빈(10)과 제2보빈(20)은 회전축(30)을 통하여 상호 연결되고, 회전축(30)의 중앙에는 회전장치(40)가 구비된다.
이러한 연속 공정 시스템에서는 먼저 제1보빈(10)이 만경(full diameter)이 될 때까지 소재가 제1보빈(10)에 감긴다. 제1보빈(10)이 만경이 되면, 회전장치(40)가 구동되어 회전축(30)이 회전하고, 따라서 초경(empty core)인 제2보빈(20)에 소재가 감기게 된다. 이와 같이, 소정의 회전장치를 이용하여 생산 라인을 중단하지 않고 보빈을 교체할 수 있는 스플라이싱 기능을 적용함으로써 연속 공정 시스템의 생산 품질을 향상시킬 수 있다.
여기서, 보빈이 교체될 경우 초경인 보빈의 속도를 증가시켜야 소재의 선속도가 일정하게 유지되어 소재의 늘어짐이 발생하지 않는다. 그런데, 오픈 루프 와인더에서는, 장력 센서 등을 사용하지 않으므로 보빈의 교체에 따른 급격한 직경 변화에 따른 연산 결과가 유도 전동기의 속도 제어에 신속하게 반영되지 않게 되어 유도 전동기의 속도가 저하될 수 있고, 또한 토크 제한이 이루어지므로 초경인 보빈의 속도가 충분히 증가하지 않아서 소재의 늘어짐이 발생할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 생산 라인의 운전을 유지하면서 보빈을 교체할 경우, 초경인 보빈의 속도 저하를 방지하고, 충분한 속도로 회전할 수 있도록 하기 위하여, 유도 전동기의 속도 제어에 있어서, 지령 속도와 토크 제한을 증가시키게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유도 전동기의 속도 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 본 발명의 속도 제어 장치는 센서를 사용하지 않는 오픈 루프 와인더가 적용되는 연속 공정 시스템에 적용될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 속도제어 장치는, 지령속도 연산부(101), 직경 연산부(102), 스플라이싱 속도 연산부(103), 제1가산부(104), 제2 가산부(105), 제1비교부(106), 속도 제어부(107), 토크제한 연산부(108), 제3가산부(109), 토크 제한부(110), 제2비교부(111), 제3비교부(112), 전류 제어부(113), 전압 좌표 변환부(114), 3상 전압 변환부(115), 벡터 제어 인버터(116), 슬립 연산부(117), 제4가산부(118), 적분부(119), 전류 좌표 변환부(120), 2상 전류 변환부(121), 속도 검출부(122) 및 유도전동기(200)를 포함한다.
우선, 속도 검출부(122)는 유도전동기(200)의 회전속도(
Figure 112013016835337-pat00002
)를 검출한다.
직경 연산부(102)는, 상위 제어부(도시되지 않음)로부터 입력되는 선속도 지령, 소재의 최소 직경(
Figure 112013016835337-pat00003
) 및 유도전동기(200)의 최대 속도(
Figure 112013016835337-pat00004
)와, 속도 검출부(122)로부터 입력되는 유도 전동기(200)의 회전속도(
Figure 112013016835337-pat00005
)를 이용하여 소재의 직경을 연산한다.
지령속도 연산부(101)는, 상위 제어부(도시되지 않음)로부터 입력되는 선속도 지령과 직경 연산부(102)가 연산한 소재의 직경을 수신하여, 지령속도를 연산한다.
제1가산부(104)는 지령속도 연산부(101)가 연산한 지령속도와 상위 제어부(도시되지 않음)로부터 입력되는 속도 바이어스(bias)를 가산한다.
스플라이싱 속도 연산부(103)는 상위 제어부로터 입력되는 상기 선속도 지령과 상위 제어부로터 입력되는 스플라이싱 레벨을 이용하여 스플라이싱 속도를 연산한다. 여기서, 스플라이싱 레벨은 선속도 지령의 일정 비율을 나타낸다.
제2가산부(105)는 제1가산부(104)가 출력하는 속도에 스플라이싱 속도 연산부(103)에서 출력되는 스플라이싱 속도를 가산하여 최종 지령 속도를 출력한다. 따라서, 지령속도 연산부(101)에 의해 연산된 지령 속도보다 스플라이싱 속도만큼 더 빠른 속도로 운전할 수 있게 된다.
제1비교부(106)는 속도 검출부(122)에서 출력되는 회전속도(
Figure 112013016835337-pat00006
)와, 제2가산부(105)로부터의 출력(
Figure 112013016835337-pat00007
)을 비교하여, 그 비교에 따른, 속도에 의한 오차를 출력한다.
속도 제어부(107)는 제1비교부(106)로부터 출력되는 속도에 의한 오차를 보상하여, 토크전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00008
)를 출력한다.
토크 제한부(110)는 속도 제어부(107)의 출력인 토크전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00009
)를 소정 범위로 제한한다. 이에 대해서는, 추후 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
토크제한 연산부(108)는, 직경 연산부(102)의 출력인 소재의 직경과, 상위 제어부(도시되지 않음)로부터 입력되는 소재의 최소 직경(
Figure 112013016835337-pat00010
), 장력지령, 및 연속공정라인 시스템의 마찰손 보상을 이용하여, 토크 제한부(110)의 토크 제한 범위를 결정한다.
한편, 제3가산부(109)는 토크제한 연산부(108)에서 출력되는 토크량에 상위 제어부에서 입력되는 스플라이싱 토크량을 가산한다.
따라서 본 발명에서는 토크 제한부(110)는 토크제한 연산부(108)의 토크량에 스플라이싱 토크량을 가산한 값, 즉 제3가산부(109)의 출력에 의하여 속도 제어부(107)의 출력인 토크전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00011
)를 소정 범위로 제한하게 된다.
제2비교부(111)는 토크 제한부(110)에서 출력되는 토크전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00012
)와 실제 토크전류(
Figure 112013016835337-pat00013
)를 비교하여 오차를 출력하고, 제3비교부(112)는 외부로부터 입력되는 자속전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00014
)와 실제 출력되는 자속전류(
Figure 112013016835337-pat00015
)를 비교하여 그 오차를 출력한다.
전류 제어부(113)는 제2비교부(111) 및 제3비교부(112)의 출력을 이용하여, 각각 토크전압 지령치(
Figure 112013016835337-pat00016
)와 자속전압 지령치(
Figure 112013016835337-pat00017
)를 생성하여 출력한다.
전압 좌표 변환부(114)는 전류 제어부(113)가 출력하는 회전좌표의 자속전압 지령치(
Figure 112013016835337-pat00018
)와 토크전압 지령치(
Figure 112013016835337-pat00019
)를 회전좌표에서 고정좌표로 변환한다. 3상 전압 변환부(115)는 고정좌표에서의 자속전압 지령치(
Figure 112013016835337-pat00020
)와 토크전압 지령치(
Figure 112013016835337-pat00021
)를 고정좌표의 3상 전압(
Figure 112013016835337-pat00022
,
Figure 112013016835337-pat00023
,
Figure 112013016835337-pat00024
)으로 변환한다.
벡터 제어 인버터(116)는 3상 전압 변환부(115)의 3상 전압(
Figure 112013016835337-pat00025
,
Figure 112013016835337-pat00026
,
Figure 112013016835337-pat00027
)을 유도전동기(200)로 인가하여 회전하도록 제어한다.
2상 전류 변환부(121)는 유도전동기(200)에서 회전시 검출되는 3상 전류(
Figure 112013016835337-pat00028
,
Figure 112013016835337-pat00029
,
Figure 112013016835337-pat00030
)를 수신하여, 고정좌표의 d축과 q축으로 변환시킨 전류(
Figure 112013016835337-pat00031
,
Figure 112013016835337-pat00032
)를 출력한다.
전류 좌표 변환부(120)는 2상 전류 변환부(121)에서 출력되는 고정좌표의 전류(
Figure 112013016835337-pat00033
,
Figure 112013016835337-pat00034
)를, 회전좌표의 실제 자속전류(
Figure 112013016835337-pat00035
)와 토크전류(
Figure 112013016835337-pat00036
)로 변환한다.
슬립 연산부(117)는 토크 제한부(110)의 출력인 토크전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00037
)와 상위 제어부(도시되지 않음)로부터 입력되는 자속전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00038
)와 유도전동기 회전자 시정수(
Figure 112013016835337-pat00039
)를 이용하여, 슬립 주파수(
Figure 112013016835337-pat00040
)를 계산한다.
제4가산부(118)는 슬립 연산부(117)에서 연산한 슬립 주파수(
Figure 112013016835337-pat00041
)와 속도 검출부(122)에서 검출된 회전속도(
Figure 112013016835337-pat00042
)를 가산한다.
적분부(119)는, 제4가산부(118)의 출력을 적분하여, 전압 좌표 변환부(114)와 전류 좌표 변환부(120)에서 사용되는 회전자 자속위치(
Figure 112013016835337-pat00043
)를 출력한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 속도 제어 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
유도전동기(200)가 회전하면, 속도 검출부(122)는 그 회전속도(
Figure 112013016835337-pat00044
)를 검출한다. 직경 연산부(102)는 속도 검출부(122)가 검출한 회전속도(
Figure 112013016835337-pat00045
)와 외부의 상위 제어부(도시되지 않음)로부터 입력되는 소재의 최소 직경(
Figure 112013016835337-pat00046
), 유도전동기(200) 최대 속도(
Figure 112013016835337-pat00047
) 및 선속도 지령을 이용하여, 다음 [수학식 1]에 근거하여 소재의 직경을 연산한다. 연산된 직경은 지령속도 연산부(101)에 입력되어, 지령속도를 연산하는데 이용된다.
Figure 112013016835337-pat00048
지령속도 연산부(101)는 직경 연산부(102)가 연산한 소재의 직경과, 외부로부터 입력되는 선속도 지령을 이용하여, 다음 [수학식 2]에 의해 지령속도를 연산한다.
Figure 112013016835337-pat00049
이때,
Figure 112013016835337-pat00050
는 직경 연산부(102)가 연산한 현재 소재의 직경이다.
지령속도 연산부(101)가 연산한 지령속도와, 상위 제어부로부터 입력되는 속도 바이어스를 제1가산부(104)가 더하여 출력한다.
스플라이싱 속도 연산부(103)는 외부로부터 입력되는 스플라이싱 레벨을 이용하여 다음 [수학식 3]에 의해 스플라이싱 속도를 연산한다.
Figure 112013016835337-pat00051
제2가산부(105)는 제1가산부(104)에서 출력되는 지령 속도에 스플라이싱 속도를 가산하여 최종 지령속도(
Figure 112013016835337-pat00052
)를 출력하고, 이 최종 지령속도(
Figure 112013016835337-pat00053
)가 제1비교부(106)의 비반전단자(+)로 입력된다. 제1비교부(106)는 반전단자(-)로 회전속도(
Figure 112013016835337-pat00054
)를 입력받아, 두 값의 오차를 구하여 속도 제어부(107)로 출력한다.
속도 제어부(107)는 속도에 의한 오차를 보상하여, 토크전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00055
)를 출력한다. 이는 토크 제한부(110)로 입력된다.
토크제한 연산부(108)는 직경 연산부(102)의 출력과 외부의 상위 제어부(도시되지 않음)에서 입력되는 장력 지령, 최소 직경 및 마찰손 보상을 이용하여, 토크 제한부(110)를 제한하는 토크량을 설정하고, 제3가산부(109)에 의해 상기 토크량에 스플라이싱 토크량이 가산된 토크제한값이 토크 제한부(110)로 입력되어 속도 제어부(107)의 출력을 제한한다.
토크 제한부(110)의 출력은 제2비교부(111)의 비반전단자(+)로 입력되고, 외부로부터 입력되는 자속전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00056
)는 제3비교부(112)의 비반전단자(+)로 입력된다.
한편, 유도전동기(200)의 회전시 유도전동기(200)에서 검출한 3상 전류(
Figure 112013016835337-pat00057
,
Figure 112013016835337-pat00058
,
Figure 112013016835337-pat00059
)에 대하여, 2상 전류 변환부(121)가 고정좌표 2상 전류(
Figure 112013016835337-pat00060
,
Figure 112013016835337-pat00061
)를 각각 출력한다.
2상 전류 변환부(121)가 출력한 고정좌표 2상 전류(
Figure 112013016835337-pat00062
,
Figure 112013016835337-pat00063
)를 입력으로 하여, 전류 좌표 변환부(120)가 회전좌표의 실제 자속전류(
Figure 112013016835337-pat00064
)와 토크전류(
Figure 112013016835337-pat00065
)를 출력한다. 전류 좌표 변환부(120)가 출력하는 자속전류(
Figure 112013016835337-pat00066
)는 제3비교부(112)의 반전단자(-)로 입력된다.
제2비교부(111)는, 토크 제한부(110)가 출력하는 토크전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00067
)를 비반전단자(+)로 수신하고, 전류 좌표 변환부(120)가 출력하는 실제 토크전류(
Figure 112013016835337-pat00068
)를 반전단자(-)로 수신하여 두 값의 오차를 구하고, 그 구한 오차를 전류 제어부(113)로 출력한다.
제3비교부(112)는 외부의 상위 제어부(도시되지 않음)로부터 입력되는 자속전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00069
)와 전류 좌표 변환부(120)가 출력하는 실제 자속전류(
Figure 112013016835337-pat00070
)와의 오차를 구하여 전류 제어부(113)로 출력한다.
제2비교부(111)의 출력과 제3비교부(112)의 출력으로부터, 전류 제어부(113)는 자속전압 지령치(
Figure 112013016835337-pat00071
)와 토크전압 지령치(
Figure 112013016835337-pat00072
) 를 출력한다.
전압 좌표 변환부(114)는 회전좌표인 자속전압 지령치(
Figure 112013016835337-pat00073
)와 토크전압 지령치(
Figure 112013016835337-pat00074
)를 수신하여 고정좌표로 변환하고, 3상 전압 변환부(115)는 고정좌표인 자속전압 지령치(
Figure 112013016835337-pat00075
)와 토크전압 지령치(
Figure 112013016835337-pat00076
)를 3상 전압(
Figure 112013016835337-pat00077
,
Figure 112013016835337-pat00078
,
Figure 112013016835337-pat00079
)으로 변환한다.
벡터 제어 인버터(116)는 3상 전압(
Figure 112013016835337-pat00080
,
Figure 112013016835337-pat00081
,
Figure 112013016835337-pat00082
)을 수신하여, 이를 유도전동기(200)에 인가한다. 따라서 유도전동기(200)는 회전한다.
이때, 전류 좌표 변환부(120)와 2상 전류 변환부(121)는 실제 회전좌표로 d 축과 q 축으로 변환한 실제 자속전류(
Figure 112013016835337-pat00083
)와 토크전류(
Figure 112013016835337-pat00084
)를 생성하고, 이렇게 생성된 전류 중, 자속전류(
Figure 112013016835337-pat00085
)는 제3비교부(112)로, 토크전류(
Figure 112013016835337-pat00086
)는 제2비교부(111)로 출력된다.
또한, 슬립 연산부(117)는 토크 제한부(110)가 출력하는 토크전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00087
)와 외부의 상위 제어부로부터 입력되는 자속전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00088
), 유도전동기 회전자 시정수(
Figure 112013016835337-pat00089
)를 이용하여 슬립 주파수(
Figure 112013016835337-pat00090
)를 연산하고, 제4가산부(118)의 일측 단자로 출력한다.
제4가산부(118)는 속도 검출부(122)가 출력하는 속도(
Figure 112013016835337-pat00091
)와 슬립 연산부(117)가 출력하는 슬립 주파수(
Figure 112013016835337-pat00092
)를 더하여 적분부(119)로 출력하고, 적분부(119)는 이를 적분한 값, 즉, 회전자 자속의 위치(
Figure 112013016835337-pat00093
)를 전압 좌표 변환부(114)와 전류 좌표 변환부(120)로 출력한다.
따라서, 전압 좌표 변환부(114)와 전류 좌표 변환부(120)는 적분부(119)로부터 입력되는 회전자 자속의 위치(
Figure 112013016835337-pat00094
)에 따라 좌표변환을 제어한다.
본 발명의 속도제어 장치의 와인더(winder) 동작은 다음과 같다.
현재 와인더(즉, 유도전동기(200))의 부하가 50%이고, 속도 지령이 100rpm이라고 가정할 때, 토크 제한부(110)의 토크제한값을 45%로 설정하면, 5%의 부하에 대한 출력이 부족하기 때문에, 유도전동기(200)의 회전속도는 100rpm 이하(예를 들어, 95rpm)로 회전한다.
본 발명의 속도제어 장치는, 유도전동기의 회전속도를 이용하여 직경 연산부(102)에서 95rpm에 해당하는 소재의 직경을 연산하고, 이 연산된 직경을 이용하여 지령속도 연산부(101)는 지령속도를 다시 연산한다. 한편, 스플라이싱 운전을 할 경우 초경의 보빈에 설치된 유도전동기는 직경 연산부(102)에 의해 유도전동기의 회전속도에 기인하여 계산된 속도보다 더 빨리 운전하여야 한다. 따라서, 스플라이싱 속도 연산부(103)는 외부로부터 입력되는 스플라이싱 레벨을 이용하여 스플라이싱 속도를 연산하고, 제2가산부(105)는 제1가산부(104)가 출력한 지령속도에 스플라이싱 속도 연산부(103)에서 출력되는 스플라이싱 속도를 가산하여 최종 지령속도를 출력한다.
와인더 모드에서, 소재의 직경이 증가할수록, 유도전동기(200)의 회전속도는 떨어지고, 유도전동기(200)의 부하는 증가한다. 따라서 증가된 직경만큼 토크제한 연산부(108)에서 다음의 [수학식 4]에 따라 소정의 토크량을 연산하여 토크 제한부(110)의 제한 범위를 설정한다.
Figure 112013016835337-pat00095
그런데, 상술한 스플라이싱 운전의 경우, 스플라이싱 레벨에 의해 최종 지령속도가 증가하였다 하더라도 토크제한 연산부(108)에서 연산된 토크량에 의해 속도 제어부(107)의 출력인 토크 전류 지령치가 제한되므로, 유도전동기의 회전속도가 저하될 수 있다. 따라서, 유도전동기의 회전속도 저하를 방지하기 위하여 상기 토크제한 연산부(108)에서 연산된 토크량을 증가시킬 필요가 있는데, 본 발명에서는 외부에서 입력되는 스플라이싱 토크량을 이용하여 속도 제어부(107)의 출력을 제한하는 토크제한값을 증가시킨다. 즉, 속도 제어부(107)의 출력인 토크전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00096
)를 제한하는 토크 제한부(110)의 토크제한값은 다음 [수학식 5]에 의해 연산된다. 이와 같이, 본 발명에서는 속도 제어부(107)의 출력인 토크전류 지령치(
Figure 112013016835337-pat00097
)를 제한하는 상기 토크제한값이 토크제한 연산부(108)의 토크량에 스플라이싱 토크량을 가산한 범위로 제한되므로 유도전동기의 속도가 저하되지 않고 소정의 속도로 운전이 가능하다.
Figure 112013016835337-pat00098
와인더 모드의 경우 연산된 토크 제한부(110)의 출력은 마찰손을 더한 것이고, 언와인더(unwinder) 모드의 경우 마찰손을 뺀 것이다.
와인더 모드에서 유도전동기(200)는, 지령속도와 스플라이싱 속도의 합인 최종 지령속도로 회전하여야 하지만, 소재의 직경과 마찰손에 의해 연산된 토크제한값에 의해 설정된 최종 지령속도보다 작게 회전하면서 일정 장력을 유지한다.
최종 지령속도보다 낮게 유도전동기(200)가 회전하므로, 소재의 직경은 증가된 것으로 연산되며, 토크제한 연산부(108)는 증가된 직경만큼 크게 토크제한값을 연산하여 토크 제한부(110)에 출력한다.
마찰손은 연속공정라인의 운행중에 발생하는 요소로서, 시스템의 제어 성능을 방해하는 요소이므로, 손실로 작용한다. 연속공정라인을 구동하기 전에 이러한 마찰손을 측정하여 보상하는데, 유도전동기(200)의 최대 속도(
Figure 112013016835337-pat00099
)를 10구간으로 나누어 각 구간별 속도에 따른 평균 토크손실을 측정한다. 측정한 각 구간별 손실을 이용하여 다음 [수학식 6]과 같이 속도에 대한 연속공정라인의 손실을 추정하여, [수학식 5]에 보상한다.
Figure 112013016835337-pat00100
여기서, S1 및 S2는 유도전동기(200)의 최대 속도를 10구간으로 나눈 것 중 제1 및 제2구간의 전동기 속도를 나타내고, T1 및 T2는 각각 그때의 토크를 나타낸다.
본 발명에서는 지령속도 연산부(101)에서 외부로부터 입력되는 선속도 지령과 직경 연산부(102)에서 연산된 현재 직경 및 외부로부터 입력되는 스플라이싱 레벨을 이용하여, 속도제어에 필요한 최종 지령속도를 연산한다.
또한, 본 발명에서는, 직경 연산부(102)에서 연산된 현재 소재의 직경과 외부에서 입력되는 장력 지령, 최소 직경 및 연속공정라인의 유도전동기 마찰손 보상, 외부에서 입력되는 스플라이싱 토크량을 이용하여 속도 제어부(107)의 출력 토크를 제한하는 토크 제한값을 연산한다.
따라서, 스플라이싱 운전의 경우, 초경의 보빈에 해당되는 유도전동기의 속도가 저하되지 않고 충분한 속도로 운전이 가능하므로 소재의 늘어짐 없이 연속 공정이 가능하므로 생산 품질이 향상될 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 보호 범위는 다음의 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
101 : 지령속도 연산부 102 : 직경 연산부
103 : 스플라이싱 속도 연산부 104 : 제1가산부
105 : 제2 가산부 106 : 제1비교부
107 : 속도 제어부 108 : 토크제한 연산부
109 : 제3가산부 110 : 토크 제한부
111 : 제2비교부 112 : 제3비교부
113 : 전류 제어부 114 : 전압 좌표 변환부
115 : 3상 전압 변환부 116 : 벡터 제어 인버터
117 : 슬립 연산부 118 : 제4가산부
119 : 적분부 120 : 전류 좌표 변환부
121 : 2상 전류 변환부 122 : 속도 검출부
200 : 유도전동기

Claims (6)

  1. 유도전동기의 회전속도를 검출하는 속도 검출부;
    상기 속도 검출부가 검출한 회전속도와, 소재의 최소 직경, 유도전동기의 최대 속도 및 선속도 지령을 이용하여 상기 소재의 직경을 연산하는 직경 연산부;
    상기 직경 연산부가 연산한 소재의 직경과, 상기 선속도 지령을 이용하여 지령속도를 연산하는 지령속도 연산부;
    상기 지령속도 연산부가 연산한 지령속도에 속도 바이어스를 가산하는 제1가산부;
    외부에서 입력되는 스플라이싱 레벨과 상기 선속도 지령을 이용하여 스플라이싱 속도를 연산하는 스플라이싱 속도 연산부;
    상기 제1가산부의 출력에 상기 스플라이싱 속도를 가산하여 최종 지령속도를 출력하는 제2가산부;
    상기 최종 지령속도와 상기 회전속도의 오차를 보상하기 위한 토크전류 지령치를 출력하는 속도 제어부; 및
    외부에서 입력되는 스플라이싱 토크량과, 상기 직경 연산부가 연산한 소재의 직경과, 장력지령, 소재의 최소 직경 및 마찰손 보상을 이용하여 연산된 토크제한값에 따라, 상기 토크전류 지령치를 제한하는 토크 제한부를 포함하는 유도전동기의 속도 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직경 연산부가 연산한 소재의 직경과, 장력지령, 소재의 최소 직경 및 마찰손 보상을 이용하여 소정의 토크량을 연산하는 토크제한 연산부; 및
    상기 토크제한 연산부에 의해 연산된 상기 소정의 토크량에, 상기 스플라이싱 토크량을 가산하여 상기 토크제한값으로 출력하는 제3가산부를 포함하고,
    상기 소정의 토크량은 다음의 수학식에 의해 연산되는 유도전동기의 속도 제어 장치.
    Figure 112013016835337-pat00101

  3. 제1항에 있어서,
    상기 지령속도 연산부가 연산한 지령속도와 상기 속도 검출부가 검출한 회전속도를 비교한 오차를 상기 속도 제어부로 출력하는 제1비교부를 더 포함하는 유도전동기의 속도 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유도전동기로부터 검출한 3상 전류를 회전좌표의 자속전류와 토크전류로 변환하는 2상 전류 변환부;
    상기 토크 제한부에서 출력되는 토크전류 지령치와 상기 2상 전류 변환부로부터 출력되는 토크전류의 오차를 구하는 제2비교부;
    자속전류 지령치와 상기 2상 전류 변환부로부터 출력되는 자속전류의 오차를 구하는 제3비교부;
    상기 제2 및 제3비교부로터 출력을 수신하여, 자속전압 지령치 및 토크전압 지령치를 출력하는 전류 제어부;
    상기 전류 제어부의 자속전압 지령치와 토크전압 지령치를 고정좌표의 3상 전압으로 변환하는 3상 전압 변환부; 및
    상기 3상 전압 변환부로부터 수신한 3상 전압을 상기 유도전동기에 인가하여 회전하도록 제어하는 인버터를 더 포함하는 유도전동기의 속도 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자속전류 지령치와 상기 토크 제한부에서 출력되는 토크전류 지령치 및 상기 유도전동기의 회전자 시정수를 이용하여 슬립 주파수를 연산하는 슬립 연산부;
    상기 슬립 주파수와 상기 속도 검출부가 검출한 회전속도를 가산하는 제4가산부; 및
    상기 제4가산부의 출력을 적분하여, 회전자 자속의 위치를 출력하는 적분부를 더 포함하는 유도전동기의 속도 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적분부의 출력인 상기 회전자 자속의 위치는,
    상기 2상 전류 변환부 및 상기 3상 전압 변환부로 입력되어, 좌표변환 제어에 이용되는 유도전동기의 속도 제어 장치.
KR1020130020081A 2013-02-25 2013-02-25 유도 전동기의 속도 제어 장치 KR101386750B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130020081A KR101386750B1 (ko) 2013-02-25 2013-02-25 유도 전동기의 속도 제어 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130020081A KR101386750B1 (ko) 2013-02-25 2013-02-25 유도 전동기의 속도 제어 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101386750B1 true KR101386750B1 (ko) 2014-04-17

Family

ID=50658085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130020081A KR101386750B1 (ko) 2013-02-25 2013-02-25 유도 전동기의 속도 제어 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101386750B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004051370A (ja) 2002-07-19 2004-02-19 Watanabe Denki:Kk ウエブ自動継ぎ装置
KR101202927B1 (ko) 2011-07-05 2012-11-19 엘에스산전 주식회사 유도전동기의 속도제어 장치
KR101202884B1 (ko) 2011-07-05 2012-11-19 엘에스산전 주식회사 유도전동기의 속도제어 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004051370A (ja) 2002-07-19 2004-02-19 Watanabe Denki:Kk ウエブ自動継ぎ装置
KR101202927B1 (ko) 2011-07-05 2012-11-19 엘에스산전 주식회사 유도전동기의 속도제어 장치
KR101202884B1 (ko) 2011-07-05 2012-11-19 엘에스산전 주식회사 유도전동기의 속도제어 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101202884B1 (ko) 유도전동기의 속도제어 장치
CN106464182B (zh) 交流旋转电机的控制装置、控制方法及电动助力转向装置
WO2016121373A1 (ja) モータ制御装置、およびこのモータ制御装置におけるトルク定数の補正方法
CN102205507A (zh) 具有编码器的主轴的控制装置
KR20140060002A (ko) 유도전동기의 파라미터 추정장치
KR101629059B1 (ko) 유도전동기의 파라미터 추정장치
JP5972505B1 (ja) インバータ装置
US20100117587A1 (en) Method for field-oriented operation to zero speed of an encoder-less asynchronous machine
KR20090096829A (ko) 와인더용 전동기의 벡터 인버터 장치
US20180234030A1 (en) Inverter device
KR101386750B1 (ko) 유도 전동기의 속도 제어 장치
JPWO2018142445A1 (ja) 同期電動機の制御装置
KR101460444B1 (ko) 유도 전동기 벡터 제어장치
KR101202927B1 (ko) 유도전동기의 속도제어 장치
JPWO2015008382A1 (ja) エレベーターの制御装置
KR100771914B1 (ko) 와인더용 벡터 인버터 제어장치
JP2009280318A (ja) エレベータの制御装置
KR101590210B1 (ko) 장력 제어 장치
KR101406537B1 (ko) 벡터 인버터를 이용한 토크 제어 와인더
US20230387840A1 (en) Stator Flux Assistance and Overexcitation for Externally Excited Synchronous Machines
WO2024009657A1 (ja) モータ制御装置、モータ制御方法及びエレベーター装置
JP5104217B2 (ja) 永久磁石形同期電動機の制御装置
JP5376720B2 (ja) トルク制御装置
CN117856678A (zh) 针对感应电机的稳定且无源的基于观测器的v/hz控制
JP2015107015A (ja) 同期電動機の磁極位置調整方法及び磁極位置調整装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170403

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180403

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190401

Year of fee payment: 6