KR101489981B1 - 고속전철용 추진제어장치의 비트리스 제어 방법 - Google Patents

고속전철용 추진제어장치의 비트리스 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속전철용 추진제어장치의 비트리스 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 인버터에 인가되는 DC 링크 전압에 포함되어 있는 비트 성분(교류 성분)의 크기에 대응하여 인버터의 게이트 구동 주파수를 제어하여 인버터를 통해 전동기에 인가되는 출력 전압의 비트 성분을 감소시킴으로써 인버터를 통해 전동기에 공급되는 전류의 저주파 맥동 성분을 효율적으로 감소시키므로, 전동기에서 공급 전류의 저주파 맥동 성분에 기인한 저주파 토크 맥동 성분의 발생을 방지하여 고속전철 주행시의 속도 떨림과 기계적인 진동 현상을 방지하고, 전동기의 고정자와 회전자에서의 손실 발생을 방지하여서 전동기의 구동 효율 저하를 방지함과 아울러 전동기의 수명 단축을 방지할 수 있다.

Description

고속전철용 추진제어장치의 비트리스 제어 방법{Beatless Control Method of Propulsion Control Device for High Speed Train}
본 발명은 고속전철용 추진제어장치에 관한 것으로, 특히 인버터를 통해 고속전철 전동기에 전압을 인가하여 전동기 제어를 하는 경우에 인버터 출력 전류의 저주파 맥동 성분을 효율적으로 감소시키도록 하는 고속전철용 추진제어장치의 비트리스 제어방법에 관한 것이다.
최근 고속전철은 다량의 승객 및 화물을 빠른 시간 안에 운송하는 역할을 하며 교통 수단으로써의 그 비중이 점점 확대되고 있다.
이와 같은 고속전철은 추진제어장치를 구비하고 있으며 해당 추진제어장치에 의해 전동기에 공급되는 전류를 제어함으로써 전동기를 구동하는 추진력을 발생시킨다.
종래의 고속전철용 추진제어장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 주변압기(10), 복수의 추진제어장치(20A, 20B) 및 복수의 제어기(30A, 30B)를 구비하여 이루어지며, 추진장치(20A, 20B)는 복수의 컨버터(converter; 21, 22)와 인버터(inverter; 23)를 구비하여 이루어진다.
주변압기(10)를 통해 가선전압 AC 25,000V로부터 감소된 AC 1,400V를 컨버터(21, 22)가 DC 2,800V로 변환하고, 인버터(23)를 통해 DC 2,800V를 AC 0 ~ 2,183V로 변환하여 열차 운행 속도와 운전 지령에 따라 가변하여 견인전동기(IM1, IM2)에 전압을 공급하게 된다.
실제 시스템에서 컨버터(21, 22)의 DC 링크 전압은 컨버터(21, 22)의 정류 동작에 의해 입력전원 주파수의 2배에 해당하는 리플 전압 성분을 가지고 있다. 맥동 성분이 있는 DC 링크 전압이 전압형 인버터의 입력으로 공급되면 인버터(23)의 스위칭 함수와 DC 링크 전압의 리플 성분으로 인해 작은 주파수 대역의 비트(Beat) 성분인 추가 고조파가 발생한다.
DC 링크 전압에 비트 성분(교류 성분)이 포함되어 있지 않은 상태에서는 도 2의 (A)에 도시된 바와 같은 한 상의 출력 전압이 전동기(IM1, IM2)에 인가되고, DC 링크 전압에 비트 성분(교류 성분)이 포함되어 있는 상태에서는 도 2의 (B)에 도시된 바와 같은 한 상의 출력 전압이 전동기(IM1, IM2)에 인가된다.
인버터(23)의 스위칭 함수는 기함수로서 푸리에 급수를 이용하여 나타내면 수학식1과 같다.
Figure 112010065745518-pat00001
(여기서, k는 a, b, c상을 나타내며 θ = 0°, 120°, 240°값을 나타낸다)
그리고, 인버터(23)의 출력 전압(vo)은 수학식2와 같이 스위칭 함수와 DC 링크 전압 (vm)의 곱으로 표현할 수 있다.
Figure 112010065745518-pat00002
또한, DC 링크 전압이 일정한 값을 가진다면 인버터(23)의 출력 전압은 수학식3과 같이 다시 정리할 수 있다.
Figure 112010065745518-pat00003
그러나, 실제 컨버터(21, 22)로부터 인버터(23)에 인가되는 DC 링크 전압은 순수한 직류 값이 아니고 리플 전압 성분이 존재하므로 해당 리플 전압의 주파수를 wr이라고 하면 인버터(23)에 입력되는 DC 링크 전압은 수학식 4와 같이 표현된다.
Figure 112010065745518-pat00004
(여기서, Eo는 인버터 전압 교류 성분의 최대 피크 값이고, r은 교류 성분의 위상 각을 나타낸다)
또한, DC 링크 전압의 리플 성분으로 인한 인버터 출력 전압의 비트 성분은 수학식5와 같이 표현된다.
Figure 112010065745518-pat00005
아울러, 해당 수학식5를 삼각함수 기본 공식을 이용하여 다시 정리하면 수학식6과 같다.
Figure 112010065745518-pat00006
DC 링크 전압에 수학식6과 같은 비트 전압 성분(교류 전압 성분)이 포함되어 있지 않은 경우에 해당 인버터 출력 전압을 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)한 파형에는 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이 비트 전압 성분이 포함되어 있지 않지만, DC 링크 전압에 비트 전압 성분(교류 전압 성분)이 포함되어 있는 경우에 해당 출력 전류를 고속 푸리에 변환한 파형에는 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이 주파수 (Wi-Wr), (Wi+Wr)에 해당하는 비트 성분이 포함되어 있다.
이와 같은 인터버(23)의 출력 전압에 포함되어 있는 비트 전압 성분(교류 성분)을 분석해 보면, 인버터(23) 출력 전압에서 (Wi-Wr)의 주파수에 해당하는 성분은 인버터 출력 주파수가 리플 성분 주파수에 가까울수록 0Hz에 근사한 값을 가진다. 그리고, 0Hz에 가까운 저주파수의 비트 전압 성분은 크기가 기본파 성분에 비하여 작은 값을 가지더라도 전동기(IM1, IM2) 리액턴스의 크기가 작으므로 전동기(IM1, IM2)에 큰 전류를 흐르게 한다.
인버터(23)에 공급되는 DC 링크 전압에 120Hz의 리플 주파수가 포함되어 있는 상태에서 인버터(23)의 운전 주파수가 118Hz인 경우에 인버터(23)의 출력 전류 파형은 도 4에 도시된 바와 같으며, 저주파 성분인 (Wi-Wr)에 해당하는 비트 성분의 전류가 포함되어 있음을 알 수 있다. 이때의 인버터(23)의 출력 전류를 FFT 처리하면 도 5에 도시된 바와 같은데, 저주파 성분에 대하여 전동기(IM1, IM2)의 리액턴스가 작아지므로 저주파 성분인 (Wi-Wr)에 해당하는 비트 전류가 기본파 성분 보다 크게 흐르는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 고속전철용 추진제어장치는, 인버터(23)의 동작 주파수가 DC 링크 전압에 포함된 리플 주파수 근방에서 운전되면 비트 성분에 대한 전동기(IM1, IM2)의 리액턴스는 작아지게 되고 비트 주파수 성분의 큰 전류가 전동기(IM1, IM2)에 인가되므로, 해당 저주파 성분의 비트 전류는 전동기(IM1, IM2)로 하여금 저주파 토크 맥동 성분을 발생시켜 고속전철 주행 시 속도의 떨림과 기계적인 진동을 유발하며, 전동기(IM1, IM2)의 고정자와 회전자에서 불필요한 손실을 발생시켜 전동기(IM1, IM2)의 구동 효율을 저하시킴과 아울러 전동기(IM1, IM2)의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 인버터에 인가되는 DC 링크 전압에 포함되어 있는 비트 성분(교류 성분)의 크기에 대응하여 인버터의 게이트 구동 주파수를 제어하여 인버터를 통해 전동기에 인가되는 비트 전압 성분을 감소시킴으로써, 인버터를 통해 전동기에 공급되는 전류의 저주파 맥동 성분을 효율적으로 감소시키도록 하는 고속전철용 추진제어장치의 비트리스 제어방법을 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 변압기를 통해 인가받은 교류 전압을 컨버터에 의해 직류 전압으로 변환하고, DC 링크 전압을 인버터를 통해 교류 전압으로 변환하여 전동기에 공급하여서 고속전철 전동기의 구동을 제어하는 추진장치를 구비하는 고속전철용 추진제어장치의 비트리스 제어방법에 있어서, 인버터에 입력되는 DC 링크 직류 순시 전압을 대역통과 필터링(BPF) 하여 리플 전압 성분을 추출하는 단계와, 상기 직류 순시 전압에서 상기 리플 전압 성분을 제거함으로써 순수한 직류 전압 성분을 추출하는 단계와, 상기 리플 전압 성분에 대한 PWM 지연을 보상하는 단계와; 상기 PWM 지연 보상된 리플 전압 성분을 상기 순수한 직류 전압 성분으로 나누어서 리플 전압 성분 함유치를 산출하는 단계와, 상기 리플 전압 성분 함유치와 상기 인버터에 출력 중인 게이트 구동을 위한 주파수를 곱셈 처리하여 보상 주파수를 생성하는 단계와, 상기 보상 주파수와 상기 인버터에 출력 중인 게이트 구동을 위한 주파수를 합산 처리하여 상기 인버터 게이트 구동 주파수를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속전철용 추진제어장치의 비트리스 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 인버터에 인가되는 DC 링크 전압에 포함되어 있는 비트 성분(교류 성분)의 크기에 대응하여 인버터의 게이트 구동 주파수를 제어하고 인버터를 통해 전동기에 인가되는 비트 전압 성분을 감소시킴으로써 인버터를 통해 전동기에 공급되는 전압의 저주파 맥동 성분을 효율적으로 감소시키므로, 전동기에 공급되는 전류의 저주파 맥동 성분에 기인한 저주파 토크 맥동 성분의 발생을 방지하여 고속전철 주행 시의 속도 떨림과 기계적인 진동 현상을 방지하며, 전동기의 고정자와 회전자에서의 손실 발생을 방지하여서 전동기의 구동 효율 저하를 방지함과 아울러 전동기의 수명 단축을 방지하게 된다.
도 1은 종래의 고속전철용 추진제어장치의 구성을 도시한 도.
도 2는 종래의 고속전철용 추진제어장치에서 1펄스로 운전되는 인버터의 정상적인 출력 전압과 비트 성분이 존재하는 출력 전압을 도시한 도.
도 3은 종래의 고속전철용 추진제어장치에서 1펄스로 운전되는 인버터의 출력 전압을 고속 푸리에 변환한 파형을 도시한 도.
도 4 및 도 5는 종래의 고속전철용 추진제어장치에서 비트 전압 성분이 존재하는 경우의 인버터 출력 전류와 인버터 출력 전류에 대한 고속 푸리에 변환한 파형을 도시한 도.
도 6은 본 발명에 따른 고속전철용 추진제어장치의 구성을 도시한 도.
도 7은 본 발명에 따른 고속전철용 추진제어장치의 인버터 비트리스 제어 방법의 제어 블록도를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 고속전철용 추진제어장치에서 컨버터와 인버터 간의 DC 링크 전압을 도시한 도.
도 9는 본 발명에서 제어기에 의한 비트리스 제어를 설명하기 위한 도.
도 10은 본 발명에 따른 고속전철용 추진제어장치에서의 제어 처리 과정을 도시한 흐름도.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 고속전철용 추진제어장치는 도 6에 도시된 바와 같이, 주변압기(100), 복수의 추진장치(200A, 200B) 및 복수의 제어기(300A, 300B)를 구비하여 이루어지며, 추진장치(200A, 200B)는 복수의 컨버터(converter; 210, 220)와 인버터(inverter; 230)를 구비하여 이루어진다.
제어기(300A, 300B)는 전동기(IM1, IM2)에 인가되는 인버터 출력 전압을 제어하는 경우에, 해당 DC 링크 전압에 포함되어 있는 비트 성분(교류 성분)의 크기에 대응하여 인버터(230)의 게이트 구동 주파수를 제어하고 출력 전압의 비트 성분을 감소시킴으로써 전동기(IM1, IM2)에 공급되는 전류의 저주파 맥동 성분을 효율적으로 감소시키도록 구현된다. 또한, 제어기(300A, 300B)는 인버터(230)의 게이트 구동을 제어하는 경우에 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 구동하도록 제어한다.
이와 같이 구현하기 위한 제어기(300A, 300B)의 비트리스 제어 블록은 도 7에 도시된 바와 같이 필터부(311), PWM 지연 보상부(312), 제산 처리부(313), 승산 처리부(314), 가산 처리부(315) 및 감산 처리부(316)를 포함하여 이루어진다.
필터부(311)는 DC 링크 전압(Vdc)을 대역통과 필터링(BPF) 함으로써 리플 전압 성분(Vdc _120)을 추출한다. 이와 같이, DC 링크 전압으로부터 추출되는 리플 주파수는 도 8에 도시된 바와 같이 입력 전원 주파수 60Hz의 2배수인 주파수 120Hz에 해당한다.
그리고, 감산 처리부(316)는 DC 링크 전압(Vdc)에서 리플 전압 성분(Vdc _120)을 제거함으로써 순수한 직류 전압 성분(V'dc)을 추출한다.
PWM 지연 보상부(312)는 필터부(311)에 의해 추출된 리플 전압 성분(Vdc _120)에 대하여 PWM 제어에 따른 PWM 지연 보상을 수행하여 해당 지연 보상된 리플 전압 성분(Vdc_com)을 출력한다. 이와 같이 PWM 지연 보상부(312)에 의해 PWM 지연 보상을 하는 이유는 PWM 제어에 의해 인버터 출력 전압이 필터부(311)에 의한 리플 전압 성분(Vdc _120) 추출 시점의 다음 주기에 실제 실행되어 출력되기 때문이다. 이에, 제어기(300A, 300B)가 현재 리플 전압 정보를 반영하여 인버터(230)에 대한 제어를 수행하면 PWM 출력 전압에서 발생하는 위상 지연으로 인버터(230)를 양호하게 제어할 수 없고, 리플 전압 성분(Vdc_120)은 인버터(230)의 동작 주파수에 따라 PWM 지연을 유발하므로 해당 PWM 지연을 PWM 지연 보상부(312)에 의하여 보상할 필요가 있다.
또한, 제산 처리부(313)는 PWM 지연 보상부(312)로부터 출력된 지연 보상된 리플 전압 성분(Vdc _ com)을 감산 처리부(316)로부터 출력된 순수한 직류 전압 성분(V'dc)으로 나누어서 산출되는 리플 전압 성분 함유치(Vdcv)를 출력한다.
그리고, 승산 처리부(314)는 제산 처리부(313)로부터 출력되는 리플 전압 성분 함유치(Vdcv)와 게이트 구동을 위한 주파수(Finv1)를 곱셈 처리하여 생성된 보상 주파수(Finvb)를 가산 처리부(315)에 출력한다.
가산 처리부(315)는 승산 처리부(314)로부터 출력되는 보상 주파수(Finvb)와 게이트 구동 주파수(Finv1)를 합산 처리하여 생성된 새로운 인버터 게이트 구동 주파수(Finv)를 출력하되 해당 주파수(Finv)에 대응되는 신호를 인버터(230)에 게이트 제어 신호로서 출력함으로써 인버터(230)의 게이트를 스위칭 제어한다.
DC 링크 전압에 포함되어 있는 교류 전압 성분(비트 전압 성분)의 크기에 대응하는 보상 주파수(Finvb)를 승산 처리부(314)에 의해 생성하고, 인버터(230)에 인가하고 있던 게이트 구동을 위한 주파수(Finv1)와 해당 보상 주파수(Finvb)를 가산 처리부(315)에 의해 합산 처리하여 생성된 인버터 게이트 구동 주파수(Finv)를 인버터(230)에 출력함으로써 해당 주파수(Finv)에 의해 인버터(230)의 게이트 구동을 제어하여 인버터(230)를 통해 전동기(IM1, IM2)에 인가되는 인버터 출력 전압의 비트 성분을 감소시킨다.
즉, 비트리스 제어는 DC 링크 전압에 포함되어 있는 교류 전압 성분이 증가 되면 그에 대응하여 인버터(230)의 게이트 구동 주파수를 증가시켜서 인버터(230)의 게이트의 활성화 시간을 감소시킴으로써 전동기(IM1, IM2)에 인가되는 출력 전압을 해당 증가한 교류 전압 성분에 해당하는 만큼 감소시키고, 해당 DC 링크 전압에 포함되어 있는 교류 전압 성분이 감소되면 그에 대응하여 인버터(230)의 게이트 구동 주파수를 감소시켜서 인버터(230)의 게이트의 활성화 시간을 증가시킴으로써 전동기(IM1, IM2)에 공급되는 출력 전압을 해당 감소한 교류 전압 성분에 해당하는 만큼 증가시킨다.
이처럼, 비트리스 제어는 DC 링크 전압에 포함되어 있는 교류 전압 성분(비트 전압 성분)의 크기에 대응하는 보상 주파수(Finvb)를 승산 처리부(314)에 의해 생성하고, 인버터(230)에 인가하고 있던 게이트 구동 주파수(Finv1)와 해당 보상 주파수(Finvb)를 가산 처리부(315)에 의해 합산 처리하여 생성된 인버터 게이트 구동 주파수(Finv)를 인버터(230)의 게이트에 출력하여서 해당 주파수(Finv)에 의해 인버터(230)의 게이트 구동을 제어함으로써 DC 링크 전압의 교류 전압 성분 포함 여부에 상관없이 인버터(230)를 통해 비트 성분 없는 인버터 출력 전압을 전동기(IM1, IM2)에 공급한다.
상술한 바와 같은 제어기(300A, 300B)에 의한 인버터(230) 게이트 구동 주파수의 제어 처리를 도 9의 파형도에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
단상 컨버터(210, 220)를 통해 충전되어 리플 전압 성분(교류 전압 성분)이 포함된 DC 링크 전압은 도 9의 (a)와 같이 도시할 수 있다.
도 9의 (b)는 비트리스 제어를 수행하지 않을 경우의 인버터 출력 전압을 나타낸다. 비트리스 제어를 수행하지 않을 경우 DC 링크 전압의 리플 성분이 인버터 출력 전압에 그대로 반영되므로 한 주기 안에서 (+) 반주기와 (-) 반주기의 출력 전압 면적이 다르다는 것을 알 수 있다.
도 9의 (c)는 (+) 반주기 시 인버터 게이트 구동 주파수(Finv) 제어를 통해 인버터(230)의 게이트 구동 시간(T'1)을 줄여줌과 아울러, (-) 반주기 시 인버터(230)의 게이트 구동 시간(T'2)을 늘려주어서 인버터(230)를 통해 전동기(IM1, IM2)에 인가되는 전압의 (+) 반주기와 (-) 반주기의 면적 A, B를 동일하게 함으로써, DC 링크 전압에 포함되어 있는 리플 전압 성분이 인버터(230)를 통해 전동기(IM1, IM2)에 영향을 미치지 않도록 제어 처리한다.
DC 링크 전압에 포함되어 있는 리플 전압 성분이 양의 값을 갖는 경우에, 승산 처리부(314)에 의해 출력되는 보상 주파수(Finvb)가 증가함으로 인하여 가산 처리부(315)의 출력 주파수(Finv)가 현재 인버터(230)에 게이트 구동 주파수로서 인가되는 주파수(Finv1)에 비하여 증가 되어서 인버터(230)의 게이트 구동 시간(T'1)이 짧아지게 되고, 이로 인하여 인버터(230)는 해당 주파수(Finv)에 따라 짧아진 게이트 구동 시간만큼 활성화됨으로써 비트 성분이 없는 출력 전압을 전동기(IM1, IM2)에 인가하게 되므로, 인버터(230)에 입력되는 DC 링크 전압에 포함된 리플 전압이 인버터(230)를 통해 전동기(IM1, IM2)에 전달되지 않게 한다.
또한, 인버터(230)에 입력되는 DC 링크 전압에 포함되어 있는 리플 전압 성분이 음의 값을 갖는 경우에, 승산 처리부(314)에 의해 출력되는 보상 주파수(Finvb)가 감소함으로 인하여 가산 처리부(315)의 출력 주파수(Finv)가 현재 인버터(230)에 게이트 구동 주파수로서 인가되는 주파수(Finv1)에 비하여 감소 되어서 인버터(230)의 게이트 구동 시간(T'2)이 길어지게 되고, 이로 인하여 인버터(230)는 해당 주파수(Finv)에 따라 길어진 게이트 구동 시간만큼 활성화됨으로써 비트 성분이 없는 출력 전압을 전동기(IM1, IM2)에 인가하게 되므로, 인버터(230)에 입력되는 DC 링크 전압에 포함된 리플 전압이 인버터(230)를 통해 전동기(IM1, IM2)에 전달되지 않게 한다.
그리고, 도 9의 (c)에서 "T'ga"와 "T'2ga"는 각각 게이트 구동 시간(T'1),(T'2)에 인버터(230)의 게이트 구동 활성화에 의해 인버터(230)가 전동기(IM1, IM2)에 출력 전압을 인가하는 시간을 나타낸다.
상술한 바와 같은 기능을 구비하는 본 발명에 따른 고속전철용 추진제어장치에서 인버터(230)의 비트리스 제어는 도 10에 도시된 바와 같이 처리한다.
먼저, 컨버터(210, 220)로부터 인버터(230)에 인가되는 DC 링크 전압(Vdc)을 필터부(311)에 의해 대역통과 필터링(BPF) 함으로써 리플 전압 성분(Vdc _120)을 추출한다(단계 S100).
그리고, 감산 처리부(316)에 의하여 DC 링크 전압(Vdc)에서 리플 전압 성분(Vdc _120)을 제거함으로써 순수한 직류 전압 성분(V'dc)을 추출한다(단계 S110).
그 후에, PWM 지연 보상부(312)에 의해 리플 전압 성분(Vdc _120)에 대한 PWM 지연 보상을 수행하여서 해당 지연 보상된 리플 전압 성분(Vdc _ com)을 획득한다(단계 S120).
또한, PWM 지연 보상된 리플 전압 성분(Vdc _ com)을 제산 처리부(313)에 의해 순수한 직류 전압 성분(V'dc)으로 나누어서 리플 전압 성분 함유치(Vdcv)를 획득하고, 해당 리플 전압 성분 함유치(Vdcv)와 인버터(230)에 출력 중인 게이트 구동 주파수(Finv1)를 승산 처리부(314)에 의해 곱셈 처리함으로써, 리플 전압 성분을 반영한 보상 주파수(Finvb)를 생성한다(단계 S130).
그리고, 보상 주파수(Finvb)와 인버터(230)에 출력 중인 게이트 구동 주파수(Finv1)를 가산 처리부(315)에 의해 합산 처리하여 인버터 게이트 구동 주파수(Finv)를 생성하고(단계 S140), 해당 주파수(Finv)에 대응되는 신호를 인버터(230)에 게이트 제어 신호로서 출력함으로써 인버터(230)의 게이트를 스위칭 제어한다(단계 S150).
이와 같이, DC 링크 전압에 포함되어 있는 교류 전압 성분(비트 전압 성분)의 크기에 대응하는 보상 주파수(Finvb)를 승산 처리부(314)에 의해 생성하고, 인버터(230)에 인가하고 있던 게이트 구동을 위한 주파수(Finv1)와 해당 보상 주파수(Finvb)를 가산 처리부(315)에 의해 합산 처리하여 생성된 인버터 게이트 구동 주파수(Finv)를 인버터(230)에 출력함으로써 해당 주파수(Finv)에 의해 인버터(230)의 게이트 구동을 제어하여 인버터(230)를 통해 전동기(IM1, IM2)에 인가되는 비트 성분을 감소시킨다.
본 발명에 따른 고속전철용 추진제어장치의 비트리스 제어는 전동기(IM1, IM2)에 공급되는 전류의 저주파 맥동 성분을 효율적으로 감소시키므로, 전동기(IM1, IM2)에서 공급 전류의 저주파 맥동 성분에 기인한 저주파 토크 맥동 성분의 발생을 방지하여 고속전철 주행 시의 속도 떨림과 기계적인 진동 현상을 방지하며, 전동기(IM1, IM2)의 고정자와 회전자에서의 손실 발생을 방지하여서 전동기(IM1, IM2)의 구동 효율 저하를 방지함과 아울러 전동기(IM1, IM2)의 수명 단축을 방지하게 된다.
본 발명은 상술한 설명에 한정되는 것은 아니고, 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 본 발명을 여러 가지 형태로 변경 실시할 수 있을 것이며, 그러한 변경 실시는 본 발명의 기술적 범위에 해당된다고 할 것이다.
본 발명은 철로 상에서 주행하는 고속전철의 구동 제어에 유용하게 적용할 수 있다. 본 발명에 의하면, 단상 컨버터로부터 충전되는 DC 링크 전압에 포함되어 있는 비트 성분(교류 성분)의 크기에 대응하여 인버터의 게이트 구동 주파수를 제어하여 인버터를 통해 전동기에 인가되는 출력 전압의 비트 성분을 감소시킴으로써 인버터를 통해 전동기에 공급되는 전류의 저주파 맥동 성분을 효율적으로 감소시키므로, 전동기에서 공급 전류의 저주파 맥동 성분에 기인한 저주파 토크 맥동 성분의 발생을 방지하여 고속전철 주행 시의 속도 떨림과 기계적인 진동 현상을 방지하고, 전동기의 고정자와 회전자에서의 손실 발생을 방지하여서 전동기의 구동 효율 저하를 방지함과 아울러 전동기의 수명 단축을 방지할 수 있다.
100; 변압기 200A, 200B; 추진제어장치
210, 220; 컨버터 230; 인버터
300A, 300B; 제어기 311; 필터부
312; PWM 지연 보상부 313; 제산 처리부
314; 승산 처리부 315; 가산 처리부
316; 감산 처리부 IM1, IM2; 전동기

Claims (2)

  1. 변압기를 통해 인가받은 교류 전압을 컨버터에 의해 직류 전압으로 변환하고, DC 링크 전압을 인버터를 통해 교류 전압으로 변환하여 전동기에 공급하여서 고속전철 전동기의 구동을 제어하는 추진장치를 구비하는 고속전철용 추진제어장치의 비트리스 제어방법에 있어서,
    인버터에 입력되는 DC 링크 직류 순시 전압을 대역통과 필터링(BPF) 하여 리플 전압 성분을 추출하는 단계와,
    상기 직류 순시 전압에서 상기 리플 전압 성분을 제거함으로써 순수한 직류 전압 성분을 추출하는 단계와,
    상기 리플 전압 성분에 대한 PWM 지연을 보상하는 단계와;
    상기 PWM 지연 보상된 리플 전압 성분을 상기 순수한 직류 전압 성분으로 나누어서 리플 전압 성분 함유치를 산출하는 단계와,
    상기 리플 전압 성분 함유치와 상기 인버터에 출력 중인 게이트 구동을 위한 주파수를 곱셈 처리하여 보상 주파수를 생성하는 단계와,
    상기 보상 주파수와 상기 인버터에 출력 중인 게이트 구동을 위한 주파수를 합산 처리하여 상기 인버터 게이트 구동 주파수를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속전철용 추진제어장치의 비트리스 제어방법.
  2. 삭제
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