KR101620853B1 - 유도전동기 구동 제어 장치 - Google Patents

유도전동기 구동 제어 장치 Download PDF

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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 유도전동기 구동 제어 장치에 관한 것으로서, 전동기의 자속을 제어하기 위한 d축 전류 지령을 생성하고, 정전시 전동기의 약계자 제어를 위한 d축 전류 지령을 생성하는 d축 전류 지령 생성부; 전동기의 속도를 제어하기 위한 q축 전류 지령을 생성하고, 정전시 인버터의 직류단 전압 제어를 위한 q축 전류 지령을 생성하는 q축 전류 지령 생성부; 및 d축 전류 지령 및 q축 전류 지령에 기초하여 전동기의 구동을 제어하기 위한 구동 제어 신호를 생성하는 구동 신호 생성부; 를 포함함으로써, 순간 정전시 전동기를 에너지 측면에서 효율적으로 제어하고 안정적으로 제어하여 구동 상태를 유지시킬 수 있다.

Description

유도전동기 구동 제어 장치{APPARATUS FOR INDUCTION MOTOR DRIVE CONTROL}
본 발명은 유도전동기 구동 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유도전동기(induction motor)에 공급되는 입력전원이 전력계통의 이상 혹은 설비의 고장으로 인해 정전될 경우 전동기를 구동시키는 인버터(inverter)에 저장된 에너지가 감소하여 직류단(DC-link) 전압이 낮아진다.
상기 인버터는 순간적으로 정전이 되더라도 저장된 에너지를 소모하며 짧은 시간 동안 전동기를 구동시킬 수 있다. 그러나 DC링크 전압이 일정 전압 이하로 감소될 경우 인버터는 전동기를 구동시킬 수 없어진다. 게다가 DC링크 전압이 일정 전압 이하로 감소되는 상태가 지속될 경우 인버터 제어 전원이 오프되어 전동기는 제어 불능상태가 될 수 있다.
전동기의 부하의 관성이 큰 경우, 부하가 정지된 후 다시 정상속도로 가속되는 시간이 매우 길어질 수 있다는 문제점이 있다. 게다가 공정을 정지 없이 연속적인 운전이 필요한 산업 현장에서 정전으로 인한 전동기의 정지는 치명적이다. 따라서 순간적인 정전 상황일 경우에 전동기의 정지를 막을 수 있는 방법이 필요하다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는, 순간 정전시 전동기의 정지를 예방할 수 있는 유도전동기 구동 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기 구동 제어 장치는, 전동기의 자속을 제어하기 위한 d축 전류 지령을 생성하고, 정전시 상기 전동기의 약계자 제어(field weakening control)를 위한 d축 전류 지령을 생성하는 d축 전류 지령 생성부; 상기 전동기의 속도를 제어하기 위한 q축 전류 지령을 생성하고, 정전시 인버터의 직류단(DC-link) 전압 제어를 위한 q축 전류 지령을 생성하는 q축 전류 지령 생성부; 및 상기 d축 전류 지령 및 상기 q축 전류 지령에 기초하여 상기 전동기의 구동을 제어하기 위한 구동 제어 신호를 생성하는 구동 신호 생성부; 를 포함하고, 상기 구동 신호 생성부는 정전되는 순간부터 상기 인버터의 직류단 전압이 기준 전압까지 강하되기 전까지 상기 전동기의 슬립주파수를 유지하고, 이후부터 약계자 제어를 수행하고 상기 직류단 전압을 유지하면서 상기 전동기의 주파수를 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 유도전동기 구동 제어 장치는 상기 인버터의 직류단 전압을 관측하여 기준 전압과 비교하는 전압 비교부; 정전의 지속시간을 판단하는 정전 지속시간 판단부; 및 상기 인버터에 공급되는 전원 전압을 감지하여 정전을 감지하는 정전 감지부; 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기 구동 제어 장치는, 전동기의 자속을 추정하고 추정된 자속에 기초하여 자속 제어 신호를 생성하는 자속 제어부; 상기 전동기의 주파수를 관측하고 관측된 주파수에 기초하여 속도 제어 신호를 생성하는 속도 제어부; 상기 관측된 주파수에 기초하여 전동기의 약계자 제어(field weakening control)를 위한 약계자 제어 신호를 생성하는 약계자 제어부; 인버터의 직류단(DC-link) 전압을 관측하고 관측된 전압에 기초하여 전압 제어 신호를 생성하는 전압 제어부; 및 상기 자속 제어 신호 및 상기 속도 제어 신호에 기초하여 상기 전동기의 구동을 제어하기 위한 구동 제어 신호를 생성하고, 정전시 상기 약계자 제어 신호 및 상기 전압 제어 신호에 기초하여 상기 전동기의 구동을 제어하는 구동 신호 생성부; 를 포함하고, 상기 구동 신호 생성부는 정전되는 순간부터 상기 인버터의 직류단 전압이 기준 전압까지 강하되기 전까지 상기 전동기의 슬립주파수를 유지하고, 이후부터 약계자 제어를 수행하고 상기 직류단 전압을 유지하면서 상기 전동기의 주파수를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기 구동 제어 장치는 정전시 부하의 관성에 의한 회생에너지를 이용하여 전동기의 구동을 에너지 관점에서 자속 일정 제어보다 효율적으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 유도전동기 구동 제어 장치는 정전시 d축 지령과 q축 지령을 독립적으로 생성하여 전동기의 구동을 안정적으로 제어할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기 구동 제어 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기 구동 제어 장치의 구동 시간에 따른 전압 및 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기 구동 제어 장치의 동작 순서도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기 구동 제어 장치를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 유도전동기 구동 제어 장치(100)는 인버터(200) 및 전동기(300)와 함께 동작할 수 있다.
유도전동기 구동 제어 장치(100)는 상기 인버터(200)의 출력을 받고 상기 인버터(200)에 구동 제어 신호를 제공하여 인버터(200)에 포함된 스위치의 스위칭을 제어할 수 있다. 여기서, 상기 구동 제어 신호는 펄스 폭 변조 신호(PWM, Pulse Width Modulation) 일 수 있다.
인버터(200)는, 상기 전동기(300)가 동작하도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 인버터(200)는 상기 구동 제어 신호에 따라 직류 전압을 복수 상 교류 전압으로 변환하여 상기 전동기(300)의 코일(상기 복수 상에 대응)들에 각각 인가하여 자기장을 발생시키도록 할 수 있다. 구체적으로, 상기 전동기(300)의 고정자는 극성을 가지는 영구자석이고, 구체적으로, 상기 전동기(300)의 고정자는 3개의 코일(3상)이 분포되어 있고, 상기 인버터(200)는 고정자에 순차적으로 전압을 인가하여 회전하는 자기장을 발생시킬 수 있다. 회전하는 자기장에 따라 상기 전동기(300)의 회전자에도 자기장이 유기 될 수 있다. 따라서, 발생한 자기장의 상호작용에 의하여 회전자는 고정자를 중심으로 회전을 수행하게 되는 것이다.
상기 인버터(200)는 전원 및 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 여기서, 전원은 상기 전동기(300)의 회전력으로 전환될 전기에너지를 전압 및 전류의 형태로 공급할 수 있다. 그리고, 상기 복수의 스위치는 + 전원단에 연결되는 복수의 상위 스위치 소자와, 상위 스위치 소자 각각과, 전원단 사이에 구비되는 복수의 하위 스위치 소자로 이루어지며, 각 상위 스위치 소자와 하위 스위치 소자의 접점은 상기 전동기(300)의 각 코일에 연결될 수 있다.
또한, 복수의 스위치는 상기 구동 제어 신호에 따라 스위칭을 함으로써, 직류 전압을 복수 상 교류 전압으로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 복수의 스위치는 트랜지스터와 다이오드를 포함할 수 있으며, 상기 트랜지스터는 전력용량 및 스위칭 시간 등을 고려하여 IGBT 또는 FET를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 구동 제어 신호가 상기 트랜지스터의 게이트 단자에 입력됨으로써, 스위칭을 수행할 수 있다.
전동기(300)는, 상기 구동 제어 신호에 따른 상기 인버터(200)의 제어에 의해 전술한 과정들이 반복되어 이루어지면서, 회전자가 계속 회전 동작을 수행할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기 구동 제어 장치(100)의 구체적인 구성을 설명한다.
도 1을 참조하면, 유도전동기 구동 제어 장치(100)는, d축 전류 지령 생성부(110), q축 전류 지령 생성부(120), 구동 신호 생성부(130), 전압 비교부(140) 및 정전 지속시간 판단부(150)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 유도전동기 구동 제어 장치(100)는, 자속 제어부(111), 약계자 제어부(112), 속도 제어부(121), 전압 제어부(122), 구동 신호 생성부(130), 전압 비교부(140), 정전 지속시간 판단부(150) 및 정전 감지부(160)를 포함할 수 있다.
d축 전류 지령 생성부(110)는, 전동기의 자속을 제어하기 위한 d축 전류 지령을 생성하고, 정전시 상기 전동기의 약계자 제어(field weakening control)를 위한 d축 전류 지령을 생성할 수 있다. 여기서, d축 전류는 전동기의 자속분 전류이다. 상기 d축 전류가 감소됨으로써, 전동기의 자속은 감소될 수 있다. d축 전류 지령은 정상 운전 시에는 전동기에 따른 정격 자속으로 결정되고, 정전 제어 동작 시에는 약계자 제어에 의해 전동기 주파수를 기준주파수로 나눈 값에 정격전류를 곱한 값으로 결정될 수 있다.
또한, 상기 d축 전류 지령 생성부(110)는 인버터의 직류단(DC-link) 전압이 기준 전압까지 강하된 때부터 상기 전동기의 자속을 감소시키는 약계자 제어할 수 있다. 정전이 발생된 경우 상기 인버터의 직류단 전압이 기준 전압까지 강하되고, 상기 전동기의 속도는 감소될 수 있다. 여기서, 상기 d축 전류 지령 생성부(110)는 d축 전류 지령을 감소시킴으로써, 상기 전동기의 자속을 감소시켜 약계자 제어를 수행할 수 있다. 약계자 제어에 의해 줄어드는 자속은 상기 전동기의 감소되는 출력주파수에 비례할 수 있다. 이를 통해, 전동기에서의 과여자(over-excitation)가 방지될 수 있다.
또한, 상기 d축 전류 지령 생성부(110)는 정전의 지속시간이 기 설정된 시간보다 짧을 경우 전동기의 자속을 제어하기 위한 d축 전류 지령을 생성할 수 있다. 즉, 정전 제어 중에 정전이 종료된 경우, 상기 d축 전류 지령 생성부(110)는 정전이 시작되기 전의 d축 전류 지령 생성 방법과 동일한 방법으로 d축 전류 지령을 생성할 수 있다.
도 2를 참조하면, d축 전류 지령은 자속 제어 신호 및 약계자 제어 신호일 수 있다. 따라서, d축 전류 지령 생성부(110)는 자속 제어부(111) 및 약계자 제어부(112)로 대체될 수 있다.
자속 제어부(111)는, 전동기의 자속을 관측하고 관측된 자속에 기초하여 자속 제어 신호를 생성할 수 있다.
약계자 제어부(112)는, 상기 관측된 주파수에 기초하여 전동기의 약계자 제어를 위한 약계자 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 약계자 제어부(112)는 상기 인버터의 직류단 전압이 기준 전압까지 강하된 때부터 상기 전동기의 주파수를 감소시키는 약계자 제어 신호를 생성할 수 있다. 즉, 정전 제어가 수행되기 전에는 상기 자속 제어부(111)가 자속 제어를 수행할 수 있고, 정전 제어가 수행되는 중에는 상기 약계자 제어부(112)가 약계자 제어를 수행할 수 있다.
q축 전류 지령 생성부(120)는, 상기 전동기의 속도를 제어하기 위한 q축 전류 지령을 생성하고, 정전시 상기 인버터의 직류단 전압 제어를 위한 q축 전류 지령을 생성할 수 있다. 여기서, q축 전류는 직류단의 전압 비례적분제어의 출력으로 결정될 수 있다.
정전 제어 시에도 q축 전류 지령과 d축 전류 지령은 독립적으로 생성될 수 있다. 예를 들어, q축 전류 지령의 값이 에너지 효율 측면에서 결정됨과 동시에 d축 전류 지령의 값은 전동기의 안정적 동작 측면에서 결정될 수 있다. 즉, 유도전동기 구동 제어 장치(100)는 q축 전류 지령과 d축 전류 지령은 독립적으로 생성하여 정전 제어를 함으로써, 정전시 직류단 전압을 유지하기 위해 제한된 에너지를 효율적으로 이용하면서 전동기를 안정적으로 구동시킬 수 있다.
또한, 상기 q축 전류 지령 생성부(120)는 상기 인버터의 직류단 전압이 기준 전압까지 강하된 때부터 직류단 전압을 유지시키기 위해 q축 전류 지령을 0 또는 음의 값으로 제어하여 전압 제어를 수행할 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도 3을 참조하여 후술된다.
또한, 상기 q축 전류 지령 생성부(120)는 정전의 지속시간이 기 설정된 시간보다 길어질 경우 상기 전동기의 속도를 제어하기 위한 q축 전류 지령을 생성할 수 있다. 즉, 정전 제어 중에 정전이 종료된 경우, 상기 q축 전류 지령 생성부(120)는 정전이 시작되기 전의 q축 전류 지령 생성 방법과 동일한 방법으로 q축 전류 지령을 생성할 수 있다.
도 2를 참조하면, q축 전류 지령은 속도 제어 신호 및 전압 제어 신호일 수 있다. 따라서, q축 전류 지령 생성부(120)는 속도 제어부(121) 및 전압 제어부(122)로 대체될 수 있다.
속도 제어부(121)는, 상기 전동기의 주파수를 관측하고 관측된 주파수에 기초하여 속도 제어 신호를 생성할 수 있다.
전압 제어부(122)는, 인버터의 직류단 전압을 관측하고 관측된 전압에 기초하여 전압 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 전압 제어부(122)는 상기 인버터의 직류단 전압이 기준 전압까지 강하된 때부터 전동기가 회생 에너지를 직류단으로 전달할 수 있도록 직류단 전압 제어를 수행할 수 있다. 즉, 정전 제어가 수행되기 전에는 상기 속도 제어부(121)가 속도 제어를 수행할 수 있고, 정전 제어가 수행되는 중에는 상기 전압 제어부(122)가 전압 제어를 수행할 수 있다.
구동 신호 생성부(130)는, 상기 d축 전류 지령 및 상기 q축 전류 지령에 기초하여 상기 전동기의 구동을 제어하기 위한 구동 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 구동 제어 신호는 펄스 폭 변조 신호(PWM, Pulse Width Modulation) 일 수 있다. 이러한 경우, 소정의 기준 파형(예컨대, 삼각파)에 가변적인 직류 레벨을 적용하여 펄스 폭 변조 신호의 듀티를 조절할 수 있다.
또한, 상기 구동 신호 생성부(130)는 상기 자속 제어 신호 및 상기 속도 제어 신호에 기초하여 상기 전동기의 구동을 제어하기 위한 구동 제어 신호를 생성하고, 정전시 상기 약계자 제어 신호 및 상기 전압 제어 신호에 기초하여 상기 전동기의 구동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 구동 신호 생성부(130)는 정전 제어의 여부에 따라 다른 신호를 입력 받을 수 있다.
전압 비교부(140)는, 상기 인버터의 직류단 전압을 관측하여 기준 전압과 비교할 수 있다. 상기 전압 비교부(140)가 전압을 비교함으로써, 유도전동기 구동 제어 장치(100)는 정전 제어의 시작 시간 및 종료 시간을 판단할 수 있다.
여기서, 상기 기준 전압은 상기 전동기의 트립 전압보다 높을 수 있다. 인버터의 직류단 전압이 트립 전압보다 낮아질 경우, 상기 전동기는 인버터의 오프로 인해 제어 불능 상태가 될 수 있다.
정전 지속시간 판단부(150)는, 정전의 지속시간을 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 정전 지속시간 판단부(150)는 인버터의 직류단 전압이 기준 전압까지 강하된 이후부터 시간을 카운트하여 정전의 지속시간을 판단할 수 있다. 또한, 상기 정전 지속시간 판단부(150)는 상기 전동기의 주파수와 기 설정된 주파수를 비교하여 정전의 지속시간을 판단할 수 있다.
정전 감지부(160)는, 상기 전동기에 공급되는 전원 전압을 감지하여 정전을 감지할 수 있다. 상기 정전 감지부(160)가 정전을 감지함으로써, 유도전동기 구동 제어 장치(100)는 정전 제어의 시작 시간 및 종료 시간을 판단할 수 있다. 즉, 유도전동기 구동 제어 장치(100)는 상기 정전 감지부(160) 또는 전압 비교부(140)를 이용하여 정전 제어의 시작 시간 및 종료 시간을 판단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기 구동 제어 장치의 구동 시간에 따른 전압 및 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, (c) 그래프는 시간에 따라 전동기에 공급되는 입력전압을 나타낸다. 예를 들어, 정전은 t1부터 t3까지의 구간 및 t5에서 t6까지의 구간에서 발생될 수 있다.
(a) 그래프는 시간에 따른 인버터의 직류단 전압을 나타낸다. 예를 들어, 정전이 시작되는 시간인 t1 및 t4에서부터 전압은 감소할 수 있다. 전압이 기준전압까지 강하된 시간인 t2 및 t5에서부터 전압은 기준전압으로 유지될 수 있다. 정전이 종료되는 시간인 t3에서 전압은 회복될 수 있다. 정전이 기 설정된 시간만큼 지속되거나 출력주파수가 0이 될 때까지 지속될 경우, 전압은 기준전압보다 낮아질 수 있다.
(d) 그래프는 시간에 따른 유도전동기 구동 제어 장치의 정전 제어 유무을 나타낸다. 예를 들어, 전압이 기준 전압까지 강하된 시간인 t2 및 t5에서부터 정전 제어는 시작될 수 있다. 정전이 종료되는 시간인 t3에서 정전 제어는 종료될 수 있다.
(b) 그래프는 시간에 따른 전동기의 출력주파수 및 슬립주파수를 나타낸다. 예를 들어, 전압이 기준 전압까지 강하된 시간인 t2 및 t5에서부터 출력주파수는 감소하고 슬립주파수는 0 또는 음의 값이 되도록 전동기가 제어될 수 있다. 정전이 종료되는 시간인 t3에서 출력주파수 및 슬립주파수는 회복될 수 있다. 정전이 기 설정된 시간만큼 지속되거나 출력주파수가 0이 될 때까지 지속될 경우, 출력주파수는 0까지 감소될 수 있다.
구체적으로, 출력주파수는 인버터의 직류단 전압과 기준 전압의 비례적분제어의 출력으로 결정된 q축 전류에 의하여 감소될 수 있다. 이에 따라 슬립 주파수는 0이 될 수 있다. 슬립주파수가 양의 값일 경우, 상기 전동기는 외부로부터 에너지를 공급받아 동작할 수 있다. 슬립주파수가 음의 값일 경우, 상기 전동기는 발전기로 동작할 수 있다. 슬립주파수가 0일 경우, 상기 전동기는 부하의 관성에 의한 회생에너지에 의해 동작될 수 있다.
여기서, 슬립주파수가 0이 된다는 것은 전동기의 회전자의 전류슬립이 0이 됨으로써 구현될 수 있다. 즉, 슬립주파수가 0이 될 경우, 전동기의 동기속도와 실제속도가 일치할 수 있다. 전동기의 동기속도와 실제속도가 일치하도록 출력주파수가 감소될 경우, 상기 인버터의 직류단 전압은 기준 전압으로 유지될 수 있다.
이처럼, 출력주파수는 0까지 감소될 수 있다. 상기 출력주파수가 0까지 감소된 시간인 t6에서 상기 전동기의 부하의 관성에 의한 회생에너지는 거의 소모될 수 있다. 따라서 t6에서 정전 제어는 종료되며, 직류단 전압은 기준전압보다 낮아질 수 있다.
즉, 유도전동기 구동 제어 장치는 출력주파수가 0까지 감소하는 시간만큼 정전 제어를 수행할 수 있다. 또한, 출력주파수가 0까지 감소하는 시간과 인버터의 직류단 전압이 기준전압까지 강하하는 시간의 합보다 짧은 시간 동안의 정전에 대해, 전동기는 정지되지 않을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기 구동 제어 장치의 동작 순서도이다.
도 4를 참조하면, 전동기에는 정전이 발생(S10)될 수 있다. 이후, 상기 인버터의 직류단 전압은 기준전압만큼 강하(S20)될 수 있다.
이후, 유도전동기 구동 제어 장치는 정전 제어를 수행할 수 있다. 구체적으로, 출력주파수에 따른 약계자 제어를 수행하여 d축 전류 지령을 결정(S30)할 수 있고, 직류단 전압을 기준전압으로 유지시키기 위하여 q축 전류 지령을 결정(S40)할 수 있다.
정전 제어 중에 정전이 종료될 경우, 직류단 전압은 다시 회복(S50)되어 회복전압보다 높아질 수 있다. 인버터의 직류단 전압이 회복전압보다 높아진 이후, 유도전동기 구동 제어 장치는 정전 제어를 종료함으로써, 자속제어 및 속도제어를 수행하여 d축 지령 및 q축 지령을 결정할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 유도전동기 구동 제어 장치 110: d축 전류 지령 생성부
111: 자속 제어부 112: 약계자 제어부
120: q축 전류 지령 생성부 121: 속도 제어부
122: 전압 제어부 130: 구동 신호 생성부
140: 전압 비교부 150: 정전 지속시간 판단부
160: 정전 감지부 200: 인버터
300: 전동기

Claims (8)

  1. 전동기의 자속을 제어하기 위한 d축 전류 지령을 생성하고, 정전시 상기 전동기의 약계자 제어(field weakening control)를 위한 d축 전류 지령을 생성하는 d축 전류 지령 생성부;
    상기 전동기의 속도를 제어하기 위한 q축 전류 지령을 생성하고, 정전시 인버터의 직류단(DC-link) 전압 제어를 위한 q축 전류 지령을 생성하는 q축 전류 지령 생성부; 및
    상기 d축 전류 지령 및 상기 q축 전류 지령에 기초하여 상기 전동기의 구동을 제어하기 위한 구동 제어 신호를 생성하는 구동 신호 생성부; 를 포함하고,
    상기 구동 신호 생성부는 정전되는 순간부터 상기 인버터의 직류단 전압이 기준 전압까지 강하되기 전까지 상기 전동기의 슬립주파수를 유지하고, 이후부터 약계자 제어를 수행하고 상기 직류단 전압을 유지하면서 상기 전동기의 주파수를 감소시키는 유도전동기 구동 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터의 직류단 전압을 관측하여 기준 전압과 비교하는 전압 비교부; 를 더 포함하고,
    상기 기준 전압은 상기 전동기의 트립 전압보다 높은 유도전동기 구동 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    정전의 지속시간을 판단하는 정전 지속시간 판단부를 더 포함하고,
    상기 d축 전류 지령 생성부는 정전의 지속시간이 기 설정된 시간보다 짧을 경우 전동기의 자속을 제어하기 위한 d축 전류 지령을 생성하고,
    상기 q축 전류 지령 생성부는 정전의 지속시간이 기 설정된 시간보다 짧을 경우 상기 전동기의 속도를 제어하기 위한 q축 전류 지령을 생성하는 유도전동기 구동 제어 장치.
  5. 전동기의 자속을 추정하고 추정된 자속에 기초하여 자속 제어 신호를 생성하는 자속 제어부;
    상기 전동기의 주파수를 관측하고 관측된 주파수에 기초하여 속도 제어 신호를 생성하는 속도 제어부;
    상기 관측된 주파수에 기초하여 전동기의 약계자 제어(field weakening control)를 위한 약계자 제어 신호를 생성하는 약계자 제어부;
    인버터의 직류단(DC-link) 전압을 관측하고 관측된 전압에 기초하여 전압 제어 신호를 생성하는 전압 제어부; 및
    상기 자속 제어 신호 및 상기 속도 제어 신호에 기초하여 상기 전동기의 구동을 제어하기 위한 구동 제어 신호를 생성하고, 정전시 상기 약계자 제어 신호 및 상기 전압 제어 신호에 기초하여 상기 전동기의 구동을 제어하는 구동 신호 생성부; 를 포함하고,
    상기 구동 신호 생성부는 정전되는 순간부터 상기 인버터의 직류단 전압이 기준 전압까지 강하되기 전까지 상기 전동기의 슬립주파수를 유지하고, 이후부터 약계자 제어를 수행하고 상기 직류단 전압을 유지하면서 상기 전동기의 주파수를 감소시키는 유도전동기 구동 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인버터에 공급되는 전원 전압을 감지하여 정전을 감지하는 정전 감지부; 및
    상기 인버터의 직류단 전압을 관측하여 기준 전압과 비교하는 전압 비교부; 를 더 포함하고,
    상기 기준 전압은 상기 전동기의 트립 전압보다 높은 유도전동기 구동 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 약계자 제어부는 상기 인버터의 직류단 전압이 기준 전압까지 강하된 때부터 상기 전동기의 주파수를 감소시키는 약계자 제어 신호를 생성하고,
    상기 전압 제어부는 상기 인버터의 직류단 전압이 기준 전압까지 강하된 때부터 상기 전동기의 슬립주파수가 0또는 음의 값이 되도록 전압을 제어하는 전압 제어 신호를 생성하는 유도전동기 구동 제어 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 전동기의 주파수에 기초하여 정전의 지속시간을 판단하는 정전 지속시간 판단부를 더 포함하고,
    상기 전동기의 주파수가 기 설정된 값보다 낮아지기 전에 정전이 종료된 경우, 상기 구동 신호 생성부는 상기 자속 제어 신호 및 상기 속도 제어 신호에 기초하여 상기 전동기의 구동을 제어하기 위한 구동 제어 신호를 생성하는 유도전동기 구동 제어 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1998035903A1 (en) * 1997-02-14 1998-08-20 Hitachi, Ltd. Control device for induction motor and control device for elevator
JP2013126371A (ja) * 2011-12-14 2013-06-24 Ls Industrial Systems Co Ltd インバータ制御装置

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