KR101657523B1

KR101657523B1 - 교류 전동기의 구동 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101657523B1
Application number: KR1020110090738A
Authority: KR
Inventors: 김상민; 김성민; 설승기
Original assignee: 한화테크윈 주식회사
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2016-09-19
Also published as: KR20130027257A

Abstract

교류 전동기의 구동 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 교류 전동기의 구동 방법은, 교류 전동기의 회전자 각도를 주기적으로 구하면서 교류 전동기를 구동하는 것으로서, 단계들 (a) 내지 (c)가 포함될 수 있다. 단계 (a)에서는, 제어 주입 주기 내에서 서로 다른 d^S-축 전압들 및 서로 다른 q^S-축 전압들이 순차적으로 인가된다. 단계 (b)에서는, 제어 주입 주기에서, 인가 전압들에 상응하는 전류 변화량의 차이 값들 및 상기 인가 전압들 사이의 차이 값들이 구해진다. 단계 (c)에서는, 교류 전동기의 인덕턴스 매트릭스, 전압 차이 값들이 포함된 전압 매트릭스, 및 전류 변화량 차이 값들이 포함된 전류 매트릭스에 따른 매트릭스 등식이 사용되어, 제어 주입 주기에서의 회전자 각도가 구해진다.

Description

교류 전동기의 구동 방법 및 장치{Method and apparatus for driving alternating-current motor}

본 발명은, 교류 전동기의 구동 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 교류 전동기의 회전자 각도를 주기적으로 구하면서 교류 전동기를 구동하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적인 교류 전동기의 구동 방법에 있어서, 동기 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 목표 전류 값들이 사용된다.

그러므로, 현재의 회전자 각도에 따라, 정지 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들을 동기 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들로 변환하여 귀환시킨다. 또한, 현재의 회전자 각도에 따라, 동기 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들을 정지 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들로 변환시켜서 제어를 수행한다.

따라서, 현재의 회전자 각도를 정밀하게 파악하는 것이 중요한데, 이를 위하여 종래에는 레졸버를 사용한다. 예를 들어, 대한민국 등록 특허 제0176469호 공보(출원인 : 삼성전자 주식회사, 발명의 명칭 : 써보 모터의 위상 오프셋 보정 방법)를 참조하면, 서어보 모터에 레졸버를 부착하여 회전자의 위치를 측정하는 기술이 개시되어 있다. 여기에서, 레졸버는 회전자의 위치 데이터를 발생시킨다.

따라서, 상기와 같은 종래의 교류 전동기의 구동 방법 및 장치에 의하면, 레졸버와 같은 추가적인 회전자-위치 감지 장치를 사용함에 따라, 교류 전동기의 구동 장치의 규모가 커지고 제조 단가가 높아지는 문제점이 있다.

예를 들어, 레졸버, 신호 연결용 커넥터 및 케이블, 레졸버로부터의 출력 신호를 처리하는 소자(RDC) 및 회로가 추가되어야 한다.

대한민국 등록 특허 제0176469호 공보 출원인 : 삼성전자 주식회사 발명의 명칭 : 써보 모터의 위상 오프셋 보정 방법

본 발명의 실시예는, 교류 전동기의 구동 방법 및 장치에 있어서, 레졸버와 같은 추가적인 회전자-위치 감지 장치를 사용하지 않고 내부적으로 회전자 위치를 검출할 수 있음에 따라, 교류 전동기의 구동 장치의 규모 및 제조 단가를 줄이고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 교류 전동기의 회전자 각도를 주기적으로 구하면서 상기 교류 전동기를 구동하는 교류 전동기의 구동 방법에 있어서, 단계들 (a) 내지 (c)가 포함될 수 있다.

상기 단계 (a)에서는, 정지 좌표계에서의 여자 전류용 전압인 d^S-축 전압과 정지 좌표계에서의 회전력 발생용 전압인 q^S-축 전압에 의하여 상기 교류 전동기가 구동되되, 제어 주입 주기 내에서 서로 다른 d^S-축 전압들 및 서로 다른 q^S-축 전압들이 순차적으로 인가된다.

상기 단계 (b)에서는, 상기 제어 주입 주기에서, 상기 인가 전압들에 상응하는 전류 변화량의 차이 값들 및 상기 인가 전압들 사이의 차이 값들이 구해진다.

상기 단계 (c)에서는, 상기 교류 전동기의 인덕턴스 매트릭스, 상기 전압 차이 값들이 포함된 전압 매트릭스, 및 상기 전류 변화량 차이 값들이 포함된 전류 매트릭스에 따른 매트릭스 등식이 사용되어, 상기 제어 주입 주기에서의 회전자 각도가 구해진다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 교류 전동기의 회전자 각도를 주기적으로 구하면서 상기 교류 전동기를 구동하는 교류 전동기의 구동 방법에 있어서, 단계들 (a) 내지 (d)가 포함될 수 있다.

상기 단계 (a)에서는, 정지 좌표계에서의 여자 전류용 전압인 d^S-축 전압과 정지 좌표계에서의 회전력 발생용 전압인 q^S-축 전압에 의하여 상기 교류 전동기가 구동되되, 제어 주입 주기 내의 제1 단위 주기에서 제1 d^S-축 전압(V^S _ds1)과 제1 q^S-축 전압(V^S _qs1)이 인가되고, 상기 제어 주입 주기 내의 제2 단위 주기에서 제2 d^S-축 전압(V^S _ds2)과 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)이 인가되며, 상기 제어 주입 주기 내의 제3 단위 주기에서 제3 d^S-축 전압(V^S _ds3)과 제3 q^S-축 전압(V^S _qs3)이 인가된다.

상기 단계 (b)에서는, 상기 제어 주입 주기에서, 상기 제3 d^S-축 전압(V^S _ds3)과 상기 제2 d^S-축 전압(V^S _ds3)의 차이 값(V^S _ds32), 상기 제2 d^S-축 전압(V^S _ds2)과 상기 제1 d^S-축 전압(V^S _ds1)의 차이 값(V^S _ds21), 상기 제3 q^S-축 전압(V^S _qs3)과 상기 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)의 차이 값(V^S _qs32), 상기 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)과 상기 제1 q^S-축 전압(V^S _qs1)의 차이 값(V^S _qs21), 상기 제3 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds3)과 상기 제2 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds2)의 차이 값(△i^S _ds32), 상기 제2 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds2)과 상기 제1 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds1)의 차이 값(△i^S _ds21), 상기 제3 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs3)과 상기 제2 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs2)의 차이 값(△i^S _qs32), 및 상기 제2 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs2)과 상기 제1 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs1)의 차이 값(△i^S _qs21)이 구해진다.

상기 단계 (c)에서는, 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂)이 포함된 인덕턴스 매트릭스(L_S), 상기 4 개의 전압 차이 값들(V^S _ds32, V^S _ds21, V^S _qs32, V^S _qs21)이 포함된 전압 매트릭스, 및 상기 4 개의 전류 변화량 차이 값들(△i^S _ds32, △i^S _ds21, △i^S _qs32, △i^S _qs ₂₁)이 포함된 전류 매트릭스에 따른 매트릭스 등식이 사용되어, 상기 인덕턴스 매트릭스(L_S)의 상기 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂) 각각의 값이 구해진다.

상기 단계 (d)에서는, 상기 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂)의 값들이 사용되어 현재의 상기 제어 주입 주기에서의 회전자 각도가 구해진다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 교류 전동기의 회전자 각도를 주기적으로 구하면서 상기 교류 전동기를 구동하는 교류 전동기의 구동 장치에 있어서, 제어부 및 구동부가 포함될 수 있다.

상기 구동부는 상기 제어부로부터의 인가 전압에 따라 상기 교류 전동기를 구동한다.

상기 제어부는 구동 제어부 및 회전자 위치 검출부를 포함한다.

상기 구동 제어부는, 정지 좌표계에서의 여자 전류용 전압인 d^S-축 전압과 정지 좌표계에서의 회전력 발생용 전압인 q^S-축 전압을 상기 구동부에 인가하되, 제어 주입 주기 내에서 서로 다른 d^S-축 전압들 및 서로 다른 q^S-축 전압들을 순차적으로 인가한다.

상기 회전자 위치 검출부는, 상기 구동 제어부로부터의 상기 인가 전압들에 상응하는 전류 변화량의 차이 값들 및 상기 인가 전압들 사이의 차이 값들을 구하고, 상기 교류 전동기의 인덕턴스 매트릭스, 상기 전압 차이 값들이 포함된 전압 매트릭스, 및 상기 전류 변화량 차이 값들이 포함된 전류 매트릭스에 따른 매트릭스 등식을 사용하여, 상기 제어 주입 주기에서의 회전자 각도를 구한다.

또한, 상기 교류 전동기의 고정자에 3상 교류 전압이 인가됨에 의하여 상기 교류 전동기의 회전자가 회전한다. 여기에서, 상기 구동부는 구동 전압 변환부 및 펄스 폭 변조부를 포함한다.

구동 전압 변환부는 상기 제어부로부터의 d^S-축 전압(V^S _ds)과 q^S-축 전압(V^S _qs)인 상기 인가 전압들(V^S _dqs)을 3상 교류 전압으로 변환시킨다.

상기 펄스 폭 변조부는 상기 구동 전압 변환부로부터의 3상 교류 전압을 펄스 폭 변조에 의하여 상기 교류 전동기의 고정자에 인가한다.

또한, 상기 구동 제어부는 제1 귀환전류 변환부, 제2 귀환전류 변환부, 전류 감산부, 비례-적분 제어부, 순방향제어 전압 발생부, 제1 전압 가산부, 제어 전압 변환부, 주입 전압 발생부, 및 제2 전압 가산부를 포함할 수 있다.

상기 제1 귀환전류 변환부는 상기 교류 전동기의 고정자에 흐르는 3상 구동 전류를 검출하여 상기 정지 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들(i^S _dqs)을 구한다.

상기 제2 귀환전류 변환부는, 입력되는 회전자 각도(

_r)에 따라, 상기 제1 귀환 전류 변환부로부터의 상기 정지 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들(i^S _dqs)을 동기 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들(i^r _dqs)로 변환한다.

상기 전류 감산부는 동기 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 목표 전류 값들(i^r ^* _dqs)과 상기 제2 귀환전류 변환부로부터의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들(i^r _dqs)의 차이 값들인 오차 전류 값들을 발생시킨다.

상기 비례-적분 제어부는 상기 제1 감산부로부터의 오차 전류 값들에 비례-적분 제어를 수행하여 동기 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 귀환제어 전압 값들(V^r _dqsfb)을 구한다.

상기 순방향제어 전압 발생부는 상기 교류 전동기의 고유 특성에 부합되는 동기 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 순방향제어 전압 값들(V^r _dqsfb)을 발생시킨다.

상기 제1 전압 가산부는 상기 비례-적분 제어부로부터의 d^S-축 및 q^S-축 귀환제어 전압 값들(V^r _dqsfb) 및 상기 순방향제어 전압 발생부로부터의 d^S-축 및 q^S-축 순방향제어 전압 값들(V^r _dqsfb)이 더해진 결과의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들(V^r _dqsf)을 발생시킨다.

상기 제어 전압 변환부는, 입력되는 회전자 각도(

_r)에 따라, 상기 제1 전압 가산부로부터의 동기 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들(V^r _dqsf)을 정지 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들(V^S _dqsf)로 변환시킨다.

상기 주입 전압 발생부는 상기 제어 주입 주기 내에서 상기 인가 전압들(V^S _dqs)에서 상기 서로 다른 d^S-축 전압들 및 서로 다른 q^S-축 전압들이 순차적으로 발생되게 하기 위한 추가적인 d^S-축 및 q^S-축 주입 전압 값들(V^S _dqsi)을 발생시킨다.

상기 제2 전압 가산부는 상기 제어 전압 변환부로부터의 정지 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들(V^S _dqsf) 및 상기 주입 전압 발생부로부터의 정지 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 주입 전압 값들(V^S _dqsi)이 가산된 결과의 상기 인가 전압들(V^S _dqs)을 상기 구동부 내의 상기 구동 전압 변환부에 입력시킨다.

또한, 상기 제2 전압 가산부는, 상기 제어 주입 주기 내의 제1 단위 주기에서 제1 d^S-축 전압(V^S _ds1)과 제1 q^S-축 전압(V^S _qs1)을 출력하고, 상기 제어 주입 주기 내의 제2 단위 주기에서 제2 d^S-축 전압(V^S _ds2)과 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)을 출력하며, 상기 제어 주입 주기 내의 제3 단위 주기에서 제3 d^S-축 전압(V^S _ds3)과 제3 q^S-축 전압(V^S _qs3)을 출력할 수 있다.

또한, 상기 회전자 위치 검출부는 신호 처리부를 포함할 수 있다.

상기 신호 처리부는, 상기 제어 주입 주기에서, 상기 제3 d^S-축 전압(V^S _ds3)과 상기 제2 d^S-축 전압(V^S _ds3)의 차이 값(V^S _ds32), 상기 제2 d^S-축 전압(V^S _ds2)과 상기 제1 d^S-축 전압(V^S _ds1)의 차이 값(V^S _ds21), 상기 제3 q^S-축 전압(V^S _qs3)과 상기 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)의 차이 값(V^S _qs32), 상기 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)과 상기 제1 q^S-축 전압(V^S _qs1)의 차이 값(V^S _qs21), 상기 제3 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds3)과 상기 제2 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds2)의 차이 값(△i^S _ds32), 상기 제2 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds2)과 상기 제1 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds1)의 차이 값(△i^S _ds21), 상기 제3 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs3)과 상기 제2 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs2)의 차이 값(△i^S _qs32), 및 상기 제2 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs2)과 상기 제1 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs1)의 차이 값(△i^S _qs21)을 구할 수 있다.

또한, 상기 신호 처리부는, 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂)이 포함된 인덕턴스 매트릭스(L_S), 상기 4 개의 전압 차이 값들(V^S _ds32, V^S _ds21, V^S _qs32, V^S _qs21)이 포함된 전압 매트릭스, 및 상기 4 개의 전류 변화량 차이 값들(△i^S _ds32, △i^S _ds21, △i^S _qs32, △i^S _qs21)이 포함된 전류 매트릭스에 따른 매트릭스 등식을 사용하여, 상기 인덕턴스 매트릭스(L_S)의 상기 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂) 각각의 값을 구할 수 있다.

또한, 상기 회전자 위치 검출부는 회전자 각도 연산부 및 필터부를 더 포함할 수 있다.

상기 회전자 각도 연산부는 상기 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂)의 값들을 사용하여 현재의 상기 제어 주입 주기에서의 회전자 각도(

_rCal)를 연산한다.

상기 필터부는, 상기 회전자 각도 연산부로부터의 회전자 각도(

_rCal)의 신호의 노이즈 성분을 제거하여 회전자 각도(

_r)를 최종적으로 구하고, 상기 최종적으로 구해진 회전자 각도(

_r)를 상기 구동 제어부 내의 상기 제2 귀환전류 변환부 및 상기 제어 전압 변환부에 각각 제공한다.

또한, 상기 신호 처리부는 전압 매트릭스 생성부, 전류 매트릭스 생성부, 전류 매트릭스 변환부, 및 변수 값 연산부를 포함할 수 있다.

상기 전압 매트릭스 생성부는, 상기 제어 주입 주기에서, 상기 구동 제어부 내의 상기 제2 전압 가산부로부터의 상기 인가 전압들(V^S _dqs)을 입력받아, 상기 제3 d^S-축 전압(V^S _ds3)과 상기 제2 d^S-축 전압(V^S _ds3)의 차이 값(V^S _ds32), 상기 제2 d^S-축 전압(V^S _ds2)과 상기 제1 d^S-축 전압(V^S _ds1)의 차이 값(V^S _ds21), 상기 제3 q^S-축 전압(V^S _qs3)과 상기 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)의 차이 값(V^S _qs32), 및 상기 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)과 상기 제1 q^S-축 전압(V^S _qs1)의 차이 값(V^S _qs21)을 구하여, 상기 4 개의 전압 차이 값들(V^S _ds32, V^S _ds21, V^S _qs32, V^S _qs21)이 포함된 상기 전압 매트릭스를 구한다.

상기 전류 매트릭스 생성부는, 상기 제어 주입 주기에서, 상기 구동 제어부 내의 상기 제1 귀환전류 변환부로부터의 상기 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들(i^S _dqs)을 입력받아, 상기 제3 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds3)과 상기 제2 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds2)의 차이 값(△i^S _ds32), 상기 제2 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds2)과 상기 제1 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds1)의 차이 값(△i^S _ds21), 상기 제3 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs3)과 상기 제2 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs2)의 차이 값(△i^S _qs32), 및 상기 제2 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs2)과 상기 제1 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs1)의 차이 값(△i^S _qs21)을 구하여, 상기 4 개의 전류 변화량 차이 값들(△i^S _ds32, △i^S _ds ₂₁, △i^S _qs32, △i^S _qs21)이 포함된 상기 전류 매트릭스를 구한다.

상기 전류 매트릭스 변환부는 상기 전류 매트릭스 생성부로부터의 상기 전류 매트릭스의 역 매트릭스를 구한다.

상기 변수 값 연산부는, 상기 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂)이 포함된 인덕턴스 매트릭스(L_S), 상기 전압 매트릭스 생성부로부터의 상기 전압 매트릭스, 및 상기 전류 매트릭스 변환부로부터의 전류 역-매트릭스에 따른 매트릭스 등식을 사용하여, 상기 인덕턴스 매트릭스(L_S)의 상기 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂) 각각의 값을 구한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제어 주입 주기에서, 상기 서로 다른 d^S-축 전압들 및 서로 다른 q^S-축 전압들이 순차적으로 인가됨에 의하여, 상기 인가 전압들에 상응하는 전류 변화량의 차이 값들 및 상기 인가 전압들 사이의 차이 값들이 구해질 수 있다. 또한, 상기 교류 전동기의 인덕턴스 매트릭스, 상기 전압 차이 값들이 포함된 전압 매트릭스, 및 상기 전류 변화량 차이 값들이 포함된 전류 매트릭스에 따른 매트릭스 등식이 사용되어, 상기 제어 주입 주기에서의 회전자 각도가 구해질 수 있다.

그러므로, 레졸버와 같은 추가적인 회전자-위치 감지 장치를 사용하지 않고 내부적으로 회전자 위치를 검출할 수 있음에 따라, 교류 전동기의 구동 장치의 규모 및 제조 단가가 줄어들 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 교류 전동기의 구동 방법 및 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는, 도 1의 실시예를 도출하는 원리로서, 일반적인 유도 전동기 내에서 회전자 각도에 따라 인덕턴스(inductance)가 변함을 보여주는 그래프이다.
도 3은 도 1의 교류 전동기의 구동 장치에서 펄스폭 변조(PWM) 캐리어 신호의 제어 주기에 따른 제어 전압 변환부로부터의 d^S-축 제어 전압 값(V^S _dsf), q^S-축 제어 전압 값(V^S _qsf), 그리고 주입 전압 발생부로부터의 추가적인 d^S-축 주입 전압 값(V^S _dsi) 및 q^S-축 주입 전압 값(V^S _qsi)을 보여주는 타이밍도이다.
도 4는 제어 주입 주기 내에서 도 3의 d^S-축과 q^S-축 제어 전압 값들(V^S _dqsf)에 대하여 제1 d^S-축과 q^S-축 주입 전압들(V^S _dqsi1), 제2 d^S-축과 q^S-축 주입 전압들(V^S _dqsi2), 및 제3 d^S-축과 q^S-축 주입 전압들(V^S _dqsi3)이 서로 120^o의 위상차를 가짐을 보여주는 벡터 도면이다.
도 5는 도 1의 회전자 위치 검출부의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 6은 도 5의 신호 처리부의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.

하기의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명에 따른 동작을 이해하기 위한 것이며, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다.

또한 본 명세서 및 도면은 본 발명을 제한하기 위한 목적으로 제공된 것은 아니고, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어들은 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

참고로, 본 명세서, 도면 및 청구범위에서 위 첨자 s는 정지 좌표계를, 위 첨자 r은 동기 좌표계를, 그리고 아래 첨자 s는 고정자를 각각 가리킨다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예가 설명된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 교류 전동기의 구동 방법 및 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 2는, 도 1의 실시예를 도출하는 원리로서, 일반적인 유도 전동기 내에서 회전자 각도에 따라 인덕턴스(inductance)가 변함을 보여주는 그래프이다.

도 3은 도 1의 교류 전동기의 구동 장치에서 펄스폭 변조(PWM) 캐리어 신호의 제어 주기에 따른 제어 전압 변환부로부터의 d^S-축 제어 전압 값(V^S _dsf), q^S-축 제어 전압 값(V^S _qsf), 그리고 주입 전압 발생부로부터의 추가적인 d^S-축 주입 전압 값(V^S _dsi) 및 q^S-축 주입 전압 값(V^S _qsi)을 보여주는 타이밍도이다.

도 4는 제어 주입 주기 내에서 도 3의 d^S-축과 q^S-축 제어 전압 값들(V^S _dqsf)에 대하여 제1 d^S-축과 q^S-축 주입 전압들(V^S _dqsi1), 제2 d^S-축과 q^S-축 주입 전압들(V^S _dqsi2), 및 제3 d^S-축과 q^S-축 주입 전압들(V^S _dqsi3)이 서로 120^o의 위상차를 가짐을보여주는 벡터 도면이다.

도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 구동 장치는 교류 전동기(11) 예를 들어, 영구자석 매입형 동기전동기(IPMSM : Interior-mounted Permanent Magnet Synchronous Motor)의 회전자 각도를 주기적으로 구하면서 교류 전동기(11)를 구동하는 것으로서, 제어부(12) 및 구동부(13)를 포함한다.

구동부(13)는 제어부(12)로부터의 인가 전압(V^S _dqs)에 따라 교류 전동기(11)를 구동한다.

제어부(12)는 구동 제어부(121) 및 회전자 위치 검출부(122)를 포함한다.

구동 제어부(121)는, 정지 좌표계에서의 여자 전류용 전압인 d^S-축 전압과 정지 좌표계에서의 회전력 발생용 전압인 q^S-축 전압(V^S _dqs)을 구동부(13)에 인가하되, 제어 주입 주기(도 3의 Tci) 내에서 서로 다른 d^S-축 전압들 및 서로 다른 q^S-축 전압들(V^S _dqs)을 순차적으로 인가한다.

회전자 위치 검출부(122)는, 구동 제어부(121)로부터의 인가 전압들(V^S _dqs)에 상응하는 전류(i^S _dqs) 변화량의 차이 값들 및 인가 전압들(V^S _dqs) 사이의 차이 값들을 구하고, 교류 전동기(11)의 인덕턴스 매트릭스, 상기 전압 차이 값들이 포함된 전압 매트릭스, 및 상기 전류(i^S _dqs) 변화량 차이 값들이 포함된 전류 매트릭스에 따른 매트릭스 등식을 사용하여, 제어 주입 주기(도 3의 Tci)에서의 회전자 각도(

)를 구한다.

따라서, 레졸버와 같은 추가적인 회전자-위치 감지 장치를 사용하지 않고 내부적으로 회전자 위치(

)를 검출할 수 있음에 따라, 교류 전동기(11)의 구동 장치(12 및 13)의 규모 및 제조 단가가 줄어들 수 있다.

교류 전동기(11)의 고정자에 3상 교류 전압이 인가됨에 의하여 교류 전동기(11)의 회전자가 회전한다. 여기에서, 구동부(13)는 구동 전압 변환부(131) 및 펄스 폭 변조부(132, PWM : Pulse Width Modulator)를 포함한다.

구동 전압 변환부(131)는 제어부(12)로부터의 d^S-축 전압(V^S _ds)과 q^S-축 전압(V^S _qs)인 상기 인가 전압들(V^S _dqs)을 3상 교류 전압으로 변환시킨다.

펄스 폭 변조부(132)는 구동 전압 변환부(131)로부터의 3상 교류 전압을 펄스 폭 변조에 의하여 교류 전동기(11)의 고정자에 인가한다.

구동 제어부(12)는 제1 귀환전류 변환부(1211), 제2 귀환전류 변환부(1212), 전류 감산부(1213), 비례-적분 제어부(1214), 순방향제어 전압 발생부(1215), 제1 전압 가산부(1216), 제어 전압 변환부(1217), 주입 전압 발생부(1218), 및 제2 전압 가산부(1219)를 포함한다.

제1 귀환전류 변환부(1211)는 상기 교류 전동기의 고정자에 흐르는 3상 좌표계(abcs)에서의 3상 구동 전류를 검출하여 상기 정지 좌표계(dqs)에서의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들(i^S _dqs)을 구한다.

제2 귀환전류 변환부(1212)는, 회전자 위치 검출부(122)가 알려주는 회전자 각도(

_r)에 따라, 제1 귀환 전류 변환부(1211)로부터의 정지 좌표계(dqs)에서의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들(i^S _dqs)을 동기 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들(i^r _dqs)로 변환한다.

전류 감산부(1213)는 동기 좌표계(dqr)에서의 d^S-축 및 q^S-축 목표 전류 값들(i^r ^* _dqs)과 제2 귀환전류 변환부(1212)로부터의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들(i^r _dqs)의 차이 값들인 오차 전류 값들을 발생시킨다.

비례-적분 제어부(1214)는 제1 감산부(1213)로부터의 오차 전류 값들에 비례-적분 제어를 수행하여 동기 좌표계(dqr)에서의 d^S-축 및 q^S-축 귀환제어 전압 값들(V^r _dqsfb)을 구한다.

순방향제어 전압 발생부(1215)는 교류 전동기(11)의 고유 특성에 부합되는 동기 좌표계(dqr)에서의 d^S-축 및 q^S-축 순방향제어 전압 값들(V^r _dqsfb)을 발생시킨다.

제1 전압 가산부(1216)는 비례-적분 제어부(1214)로부터의 d^S-축 및 q^S-축 귀환제어 전압 값들(V^r _dqsfb) 및 순방향제어 전압 발생부(1215)로부터의 d^S-축 및 q^S-축 순방향제어 전압 값들(V^r _dqsfb)이 더해진 결과의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들(V^r _dqsf)을 발생시킨다.

제어 전압 변환부(1217)는, 입력되는 회전자 각도(

_r)에 따라, 제1 전압 가산부(1216)로부터의 동기 좌표계(dqr)에서의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들(V^r _dqsf)을 정지 좌표계(dqs)에서의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들(V^S _dqsf)로 변환시킨다.

회전자 위치 검출을 위한 주입 전압 발생부(1218)는 제어 주입 주기(도 3의 Tci) 내에서 인가 전압들(V^S _dqs)에서 서로 다른 d^S-축 전압들 및 서로 다른 q^S-축 전압들이 순차적으로 발생되게 하기 위한 추가적인 d^S-축 및 q^S-축 주입 전압 값들(V^S _dqsi)을 발생시킨다.

여기에서, 제어 주입 주기(도 3의 Tci)의 역수인 제어 주입 주파수는 펄스 폭 변조부(132)의 스위칭 주파수의 2/3가 바람직하다(도 3 및 4 참조).

예를 들어, 펄스 폭 변조부(132)의 스위칭 주파수가 5 킬로-헤르쯔(KHz)이고, 비례-적분 제어부(1214)가 이중 샘플링을 수행할 경우, 비례-적분 제어부(1214)의 샘플링 주파수는 10 킬로-헤르쯔(KHz)이고, 제어 주입 주파수는 약 3.33 킬로-헤르쯔(KHz)이다.

제2 전압 가산부(1219)는 제어 전압 변환부(1217)로부터의 정지 좌표계(dqs)에서의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들(V^S _dqsf) 및 주입 전압 발생부(1215)로부터의 정지 좌표계(dqs)에서의 d^S-축 및 q^S-축 주입 전압 값들(V^S _dqsi)이 가산된 결과의 상기 인가 전압들(V^S _dqs)을 구동부(13) 내의 구동 전압 변환부(131)에 입력시킨다.

또한, 제2 전압 가산부(1219)는, 제어 주입 주기(도 3의 Tci) 내의 제1 단위 주기(도 3의 샘플링 주기 △T, t₀ 내지 t₁)에서 제1 d^S-축 전압(V^S _ds1)과 제1 q^S-축 전압(V^S _qs1)을 출력하고, 제어 주입 주기(Tci) 내의 제2 단위 주기(도 3의 샘플링 주기 △T, t₁ 내지 t₂)에서 제2 d^S-축 전압(V^S _ds2)과 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)을 출력하며, 제어 주입 주기(Tci) 내의 제3 단위 주기(도 3의 샘플링 주기 △T, t₂ 내지 t₃)에서 제3 d^S-축 전압(V^S _ds3)과 제3 q^S-축 전압(V^S _qs3)을 출력한다.

이하, 도 1의 회전자 위치 검출부(122)의 동작 원리가 수학식들과 함께 설명된다.

일반적으로, 3상 교류 전동기(11)의 정지 좌표계의 전압 방정식들은 아래의 수학식 1과 같이 표현된다.

위 수학식 1에서 v^S _ds는 d^S-축 제어 전압 값을, v^S _qs는 q^S-축 제어 전압 값을, R_S는 고정자 저항값을, i^S _ds는 d^S-축 고정자 전류 값을, i^S _qs는 q^S-축 고정자 전류 값을, λ^S _ds는 d^S-축 자속 값을, λ^S _qs는 q^S-축 자속 값을, L_S는 인덕턴스 매트릭스를, λ_f는 기본 자속 값을, θ_r은 회전자 각도를, L_ds는 d^S-축 인덕턴스 값을, 그리고 L_qs는 q^S-축 인덕턴스 값을 각각 가리킨다.

따라서, 인덕턴스에 의한 전압과 전류의 관계식은 아래의 수학식 2와 같이 유도될 수 있다.

위 수학식 2에서, ω_r은 회전자 각속도를, v^S _dsf는 기본 주파수 성분의 d^S-축 제어 전압 값을, v^S _qsf는 기본 주파수 성분의 q^S-축 제어 전압 값을, v^S _dsC는 기본 주파수보다 높은 제어 주파수 성분의 d^S-축 제어 전압 값을, v^S _qsC는 제어 주파수 성분의 q^S-축 제어 전압 값을, i^S _dsf는 기본 주파수 성분의 d^S-축 전류 값을, i^S _qsf는 기본 주파수 성분의 q^S-축 전류 값을, i^S _dsC는 제어 주파수 성분의 d^S-축 전류 값을, i^S _qsC는 제어 주파수 성분의 q^S-축 전류 값을, △T는 샘플링 주기로서의 단위 주기를, 그리고 L_C는 인덕턴스 관련 항을 간략화하기 위한 치환 변수를 각각 가리킨다.

여기에서, 주입 전압 발생부(1215)로부터의 정지 좌표계(dqs)에서의 d^S-축 및 q^S-축 주입 전압 값들(V^S _dqsi)의 주파수는 제어 전압 변환부(1217)로부터의 정지 좌표계(dqs)에서의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들(V^S _dqsf)의 주파수에 비하여 상당히 높다.

여기에서, 주입 전압 발생부(1215)로부터의 정지 좌표계(dqs)에서의 d^S-축 주입 전압 값(V^S _dsi) 및 q^S-축 주입 전압 값(V^S _qsi)이 추가되므로, 아래의 수학식 3이 성립한다.

위 수학식 3에서, △i^S _dsc는 제어 주파수 성분의 d^S-축 전류 변화량을, △i^S _qsc는 제어 주파수 성분의 q^S-축 전류 변화량을, △i^S _dsi는 d^S-축 주입 전압 값(V^S _dsi)에 의한 d^S-축 전류 변화량을, △i^S _qsi는 q^S-축 주입 전압 값(V^S _qsi)에 의한 q^S-축 전류 변화량을 각각 가리킨다.

또한, v^S _dsh는 제어 주파수 성분의 d^S-축 제어 전압 값(v^S _dsC)과 d^S-축 주입 전압 값(V^S _dsi)의 합산 결과인 고주파수 성분의 d^S-축 제어 전압 값을 가리킨다.

또한, v^S _qsh는 제어 주파수 성분의 q^S-축 제어 전압 값(v^S _qsC)과 q^S-축 주입 전압 값(V^S _qsi)의 합산 결과인 고주파수 성분의 q^S-축 제어 전압 값을 가리킨다.

또한, △i^S _dsh는 제어 주파수 성분의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _dsc)과 d^S-축 주입 전압 값(V^S _dsi)에 의한 d^S-축 전류 변화량(△i^S _dsi)의 합산 결과인 고주파수 성분의 d^S-축 전류 변화량을 가리킨다.

그리고, △i^S _qsh는 제어 주파수 성분의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qsc)과 q^S-축 주입 전압 값(V^S _qsi)에 의한 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qsi)의 합산 결과인 고주파수 성분의 q^S-축 전류 변화량을 가리킨다.

따라서, 상기 수학식 2 및 3에서, 제1 단위 주기를 가리키는 첨자 "1"을 추가하여 아래의 수학식 4를 도출할 수 있고, 상기 제1 단위 주기에 이어지는 제2 단위 주기를 가리키는 첨자 "2"를 추가하여 아래의 수학식 5를 도출할 수 있다.

여기에서, 상기 수학식 5를 상기 수학식 4로 뺄셈하면, 제1 단위 주기와 제2 단위 주기 사이에서의 고주파수 성분의 제어 전압의 차이 값 및 전류 변화량의 차이값이 구해질 수 있다. 왜냐하면, 신호 주입과 신호 처리는 매 전류제어 샘플링 주기(주파수로 표현할 경우 수 kHz ~ 수십 kHz의 속도)마다 수행되고, 저속 센서리스가 적용되는 모터의 운전 주파수 즉, 기본 주파수는 는 5 헤르츠(Hz) 이내의 낮은 주파수이기 때문이다. 즉, 기본 주파수에 해당하는 성분은 거의 변화가 없다고 할 수 있기 때문이다. 이와 같은 내용이 아래의 수학식 6에 표현되어 있다.

이제 상기 수학식 1의 전압방정식과 상기 수학식 7의 전압/전류 벡터 관계식을 이용하면, 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂)이 포함된 인덕턴스 매트릭스(L_S), 상기 4 개의 전압 차이 값들(V^S _ds32, V^S _ds21, V^S _qs32, V^S _qs21)이 포함된 전압 매트릭스, 및 상기 4 개의 전류 변화량 차이 값들(△i^S _ds32, △i^S _ds21, △i^S _qs32, △i^S _qs21)이 포함된 전류 매트릭스에 따른 매트릭스 등식을 사용하여, 상기 인덕턴스 매트릭스(L_S)의 상기 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂) 각각의 값을 구할 수 있다. 이와 관련된 내용은 아래의 수학식 8로서 표현될 수 있다.

즉, 제어 주입 주기(도 3의 Tci)에서의 회전자 각도(

_r)의 계산 결과를

_rCal이라 하면, 상기 수학식 8로부터 아래의 수학식 9가 도출되어 사용될 수 있다.

도 5는 도 1의 회전자 위치 검출부(122)의 내부 구성을 보여준다.

도 3 및 5를 참조하면, 회전자 위치 검출부(122)는 신호 처리부(51)를 포함한다.

신호 처리부(51)는, 제어 주입 주기(Tci)에서, 제3 d^S-축 전압(V^S _ds3)과 제2 d^S-축 전압(V^S _ds3)의 차이 값(V^S _ds32), 제2 d^S-축 전압(V^S _ds2)과 제1 d^S-축 전압(V^S _ds1)의 차이 값(V^S _ds21), 제3 q^S-축 전압(V^S _qs3)과 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)의 차이 값(V^S _qs32), 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)과 제1 q^S-축 전압(V^S _qs1)의 차이 값(V^S _qs21), 제3 단위 주기(t₂ 내지 t₃)에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds3)과 제2 단위 주기(t₁ 내지 t₂)에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds2)의 차이 값(△i^S _ds32), 제2 단위 주기(t₁ 내지 t₂)에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds2)과 제1 단위 주기(t₀ 내지 t₁)에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds1)의 차이 값(△i^S _ds21), 제3 단위 주기(t₂ 내지 t₃)에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs3)과 제2 단위 주기(t₁ 내지 t₂)에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs2)의 차이 값(△i^S _qs32), 및 제2 단위 주기(t₁ 내지 t₂)에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs2)과 제1 단위 주기(t₀ 내지 t₁)에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs1)의 차이 값(△i^S _qs21)을 구한다(상기 수학식 8 참조).

또한, 신호 처리부(51)는, 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂)이 포함된 인덕턴스 매트릭스(L_S), 상기 4 개의 전압 차이 값들(V^S _ds32, V^S _ds21, V^S _qs32, V^S _qs21)이 포함된 전압 매트릭스, 및 상기 4 개의 전류 변화량 차이 값들(△i^S _ds32, △i^S _ds21, △i^S _qs32, △i^S _qs21)이 포함된 전류 매트릭스에 따른 매트릭스 등식인 상기 수학식 8을 사용하여, 상기 인덕턴스 매트릭스(L_S)의 상기 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂) 각각의 값을 구할 수 있다.

또한, 회전자 위치 검출부(122)는 회전자 각도 연산부(52) 및 필터부(53)를 더 포함한다.

회전자 각도 연산부(52)는 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂)의 값들을 상기 수학식 9에 대입하여 현재의 제어 주입 주기(도 3의 Tci)에서의 회전자 각도(

_rCal)를 연산한다.

필터부(53)는, 회전자 각도 연산부(52)로부터의 회전자 각도(

_rCal)의 신호의 노이즈 성분을 제거하여 회전자 각도(

_r)를 최종적으로 구하고, 최종적으로 구해진 회전자 각도(

_r)를 구동 제어부(도 1의 121) 내의 제2 귀환전류 변환부(도 1의 1212) 및 제어 전압 변환부(도 1의 1217)에 각각 제공한다.

도 6은 도 5의 신호 처리부(51)의 내부 구성을 보여준다.

도 1, 3, 5 및 6을 참조하면, 신호 처리부(51)는 전압 매트릭스 생성부(61), 전류 매트릭스 생성부(62), 전류 매트릭스 변환부(63), 및 변수 값 연산부(64)를 포함한다.

전압 매트릭스 생성부(61)는, 제어 주입 주기(도 3의 Tci)에서, 구동 제어부(도 1의 121) 내의 제2 전압 가산부(도 1의 1219)로부터의 상기 인가 전압들(V^S _dqs)을 입력받아, 제3 d^S-축 전압(V^S _ds3)과 제2 d^S-축 전압(V^S _ds3)의 차이 값(V^S _ds32), 제2 d^S-축 전압(V^S _ds2)과 제1 d^S-축 전압(V^S _ds1)의 차이 값(V^S _ds21), 제3 q^S-축 전압(V^S _qs3)과 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)의 차이 값(V^S _qs32), 및 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)과 제1 q^S-축 전압(V^S _qs1)의 차이 값(V^S _qs21)을 구하여, 4 개의 전압 차이 값들(V^S _ds32, V^S _ds21, V^S _qs32, V^S _qs21)이 포함된 상기 전압 매트릭스를 구한다(상기 수학식 8 참조).

전류 매트릭스 생성부(62)는, 제어 주입 주기(도 3의 Tci)에서, 구동 제어부(도 1의 121) 내의 제1 귀환전류 변환부(1211)로부터의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들(i^S _dqs)을 입력받아, 제3 단위 주기(t₂ 내지 t₃)에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds3)과 제2 단위 주기(t₁ 내지 t₂)에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds2)의 차이 값(△i^S _ds32), 제2 단위 주기(t₁ 내지 t₂)에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds2)과 제1 단위 주기(t₀ 내지 t₁)에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds1)의 차이 값(△i^S _ds21), 제3 단위 주기(t₂ 내지 t₃)에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs3)과 제2 단위 주기(t₁ 내지 t₂)에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs2)의 차이 값(△i^S _qs32), 및 제2 단위 주기(t₁ 내지 t₂)에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs2)과 제1 단위 주기(t₀ 내지 t₁)에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs1)의 차이 값(△i^S _qs21)을 구하여, 상기 4 개의 전류 변화량 차이 값들(△i^S _ds32, △i^S _ds21, △i^S _qs32, △i^S _qs21)이 포함된 전류 매트릭스를 구한다(상기 수학식 8 참조).

전류 매트릭스 변환부(63)는 전류 매트릭스 생성부(62)로부터의 전류 매트릭스의 역 매트릭스를 구한다(상기 수학식 8 참조).

변수 값 연산부(64)는, 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂)이 포함된 인덕턴스 매트릭스(L_S), 전압 매트릭스 생성부(61)로부터의 전압 매트릭스, 및 전류 매트릭스 변환부(63)로부터의 전류 역-매트릭스에 따른 매트릭스 등식인 상기 수학식 8을 사용하여, 상기 인덕턴스 매트릭스(L_S)의 상기 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂) 각각의 값을 구한다.

이상 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 제어 주입 주기에서, 서로 다른 d^S-축 전압들 및 서로 다른 q^S-축 전압들이 순차적으로 인가됨에 의하여, 인가 전압들에 상응하는 전류 변화량의 차이 값들 및 상기 인가 전압들 사이의 차이 값들이 구해질 수 있다. 또한, 교류 전동기의 인덕턴스 매트릭스, 전압 차이 값들이 포함된 전압 매트릭스, 및 전류 변화량 차이 값들이 포함된 전류 매트릭스에 따른 매트릭스 등식이 사용되어, 제어 주입 주기에서의 회전자 각도가 구해질 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 특허청구범위에 의해 청구된 발명 및 청구된 발명과 균등한 발명들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

교류 전동기 외의 직류 전동기에서도 이용될 가능성이 있다.

11: 교류 전동기, 12: 제어부,
13: 구동부, 121: 구동 제어부,
122: 회전자 위치 검출부, 131: 구동 전압 변환부
132: 펄스 폭 변조부, 1211: 제1 귀환전류 변환부,
1212: 제2 귀환전류 변환부, 1213: 전류 감산부,
1214; 비례-적분 제어부, 1215: 순방향제어 전압 발생부,
1216: 제1 전압 가산부, 1217: 제어 전압 변환부,
1218: 주입 전압 발생부, 1219: 제2 전압 가산부,
51: 신호 처리부, 52: 회전자 각도 연산부,
53: 필터부, 61: 전압 매트릭스 생성부,
62: 전류 매트릭스 생성부, 63: 전류 매트릭스 변환부,
64: 변수 값 연산부.

Claims

삭제
교류 전동기의 회전자 각도를 주기적으로 구하면서 상기 교류 전동기를 구동하는 교류 전동기의 구동 방법에 있어서,
(a) 정지 좌표계에서의 여자 전류용 전압인 d^S-축 전압과 정지 좌표계에서의 회전력 발생용 전압인 q^S-축 전압에 의하여 상기 교류 전동기를 구동하되, 제어 주입 주기 내의 제1 단위 주기에서 제1 d^S-축 전압(V^S _ds1)과 제1 q^S-축 전압(V^S _qs1)을 인가하고, 상기 제어 주입 주기 내의 제2 단위 주기에서 제2 d^S-축 전압(V^S _ds2)과 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)을 인가하며, 상기 제어 주입 주기 내의 제3 단위 주기에서 제3 d^S-축 전압(V^S _ds3)과 제3 q^S-축 전압(V^S _qs3)을 인가하는 단계;
(b) 상기 제어 주입 주기에서, 상기 제3 d^S-축 전압(V^S _ds3)과 상기 제2 d^S-축 전압(V^S _ds3)의 차이 값(V^S _ds32), 상기 제2 d^S-축 전압(V^S _ds2)과 상기 제1 d^S-축 전압(V^S _ds1)의 차이 값(V^S _ds21), 상기 제3 q^S-축 전압(V^S _qs3)과 상기 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)의 차이 값(V^S _qs32), 상기 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)과 상기 제1 q^S-축 전압(V^S _qs1)의 차이 값(V^S _qs21), 상기 제3 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds3)과 상기 제2 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds2)의 차이 값(△i^S _ds32), 상기 제2 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds2)과 상기 제1 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds1)의 차이 값(△i^S _ds21), 상기 제3 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs3)과 상기 제2 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs2)의 차이 값(△i^S _qs32), 및 상기 제2 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs2)과 상기 제1 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs1)의 차이 값(△i^S _qs21)을 구하는 단계;
(c) 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂)이 포함된 인덕턴스 매트릭스(L_S), 상기 4 개의 전압 차이 값들(V^S _ds32, V^S _ds21, V^S _qs32, V^S _qs21)이 포함된 전압 매트릭스, 및 상기 4 개의 전류 변화량 차이 값들(△i^S _ds32, △i^S _ds21, △i^S _qs32, △i^S _qs21)이 포함된 전류 매트릭스에 따른 매트릭스 등식을 사용하여, 상기 인덕턴스 매트릭스(L_S)의 상기 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂) 각각의 값을 구하는 단계; 및
(d) 상기 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂)의 값들을 사용하여 현재의 상기 제어 주입 주기에서의 회전자 각도를 구하는 단계를 포함한 교류 전동기의 구동 방법.
교류 전동기의 회전자 각도를 주기적으로 구하면서 상기 교류 전동기를 구동하는 교류 전동기의 구동 장치에 있어서,
제어부; 및
상기 제어부로부터의 인가 전압에 따라 상기 교류 전동기를 구동하는 구동부를 포함하고,
상기 제어부가,
정지 좌표계에서의 여자 전류용 전압인 d^S-축 전압과 정지 좌표계에서의 회전력 발생용 전압인 q^S-축 전압에 의하여 상기 교류 전동기를 구동하되, 제어 주입 주기 내의 제1 단위 주기에서 제1 d^S-축 전압(V^S _ds1)과 제1 q^S-축 전압(V^S _qs1)을 인가하고, 상기 제어 주입 주기 내의 제2 단위 주기에서 제2 d^S-축 전압(V^S _ds2)과 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)을 인가하며, 상기 제어 주입 주기 내의 제3 단위 주기에서 제3 d^S-축 전압(V^S _ds3)과 제3 q^S-축 전압(V^S _qs3)을 인가하는 구동 제어부; 및
상기 구동 제어부로부터의 상기 제3 d^S-축 전압(V^S _ds3)과 상기 제2 d^S-축 전압(V^S _ds3)의 차이 값(V^S _ds32), 상기 제2 d^S-축 전압(V^S _ds2)과 상기 제1 d^S-축 전압(V^S _ds1)의 차이 값(V^S _ds21), 상기 제3 q^S-축 전압(V^S _qs3)과 상기 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)의 차이 값(V^S _qs32), 상기 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)과 상기 제1 q^S-축 전압(V^S _qs1)의 차이 값(V^S _qs21), 상기 제3 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds3)과 상기 제2 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds2)의 차이 값(△i^S _ds32), 상기 제2 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds2)과 상기 제1 단위 주기에서의 d^S-축 전류 변화량(△i^S _ds1)의 차이 값(△i^S _ds21), 상기 제3 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs3)과 상기 제2 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs2)의 차이 값(△i^S _qs32), 및 상기 제2 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs2)과 상기 제1 단위 주기에서의 q^S-축 전류 변화량(△i^S _qs1)의 차이 값(△i^S _qs21)을 구하고,
4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂)이 포함된 인덕턴스 매트릭스(L_S), 상기 4 개의 전압 차이 값들(V^S _ds32, V^S _ds21, V^S _qs32, V^S _qs21)이 포함된 전압 매트릭스, 및 상기 4 개의 전류 변화량 차이 값들(△i^S _ds32, △i^S _ds21, △i^S _qs32, △i^S _qs21)이 포함된 전류 매트릭스에 따른 매트릭스 등식을 사용하여, 상기 인덕턴스 매트릭스(L_S)의 상기 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂) 각각의 값을 구하며,
상기 4 개의 매트릭스 변수들(L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂)의 값들을 사용하여 현재의 상기 제어 주입 주기에서의 회전자 각도를 구하는 회전자 위치 검출부를 포함한 교류 전동기의 구동 장치.
제3항에 있어서,
상기 교류 전동기의 고정자에 3상 교류 전압이 인가됨에 의하여 상기 교류 전동기의 회전자가 회전하고,
상기 구동부가,
상기 제어부로부터의 d^S-축 전압(V^S _ds)과 q^S-축 전압(V^S _qs)인 상기 인가 전압들(V^S _dqs)을 3상 교류 전압으로 변환시키는 구동 전압 변환부; 및
상기 구동 전압 변환부로부터의 3상 교류 전압을 펄스 폭 변조에 의하여 상기 교류 전동기의 고정자에 인가하는 펄스 폭 변조부를 포함한 교류 전동기의 구동 장치.
청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제4항에 있어서, 상기 구동 제어부가,
상기 교류 전동기의 고정자에 흐르는 3상 구동 전류를 검출하여 상기 정지 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들(i^S _dqs)을 구하는 제1 귀환전류 변환부;
입력되는 회전자 각도(
_r)에 따라, 상기 제1 귀환 전류 변환부로부터의 상기 정지 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들(i^S _dqs)을 동기 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들(i^r _dqs)로 변환하는 제2 귀환전류 변환부;
동기 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 목표 전류 값들(i^r ^* _dqs)과 상기 제2 귀환전류 변환부로부터의 d^S-축 및 q^S-축 구동 전류 값들(i^r _dqs)의 차이 값들인 오차 전류 값들을 발생시키는 전류 감산부;
상기 제1 감산부로부터의 오차 전류 값들에 비례-적분 제어를 수행하여 동기 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 귀환제어 전압 값들(V^r _dqsfb)을 구하는 비례-적분 제어부;
상기 교류 전동기의 고유 특성에 부합되는 동기 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 순방향제어 전압 값들(V^r _dqsfb)을 발생시키는 순방향제어 전압 발생부;
상기 비례-적분 제어부로부터의 d^S-축 및 q^S-축 귀환제어 전압 값들(V^r _dqsfb) 및 상기 순방향제어 전압 발생부로부터의 d^S-축 및 q^S-축 순방향제어 전압 값들(V^r _dqsfb)이 더해진 결과의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들(V^r _dqsf)을 발생시키는 제1 전압 가산부;
입력되는 회전자 각도(
_r)에 따라, 상기 제1 전압 가산부로부터의 동기 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들(V^r _dqsf)을 정지 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들(V^S _dqsf)로 변환시키는 제어 전압 변환부;
상기 제어 주입 주기 내에서 상기 인가 전압들(V^S _dqs)에서 상기 서로 다른 d^S-축 전압들 및 서로 다른 q^S-축 전압들이 순차적으로 발생되게 하기 위한 추가적인 d^S-축 및 q^S-축 주입 전압 값들(V^S _dqsi)을 발생시키는 주입 전압 발생부; 및
상기 제어 전압 변환부로부터의 정지 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 제어 전압 값들(V^S _dqsf) 및 상기 주입 전압 발생부로부터의 정지 좌표계에서의 d^S-축 및 q^S-축 주입 전압 값들(V^S _dqsi)이 가산된 결과의 상기 인가 전압들(V^S _dqs)을 상기 구동부 내의 상기 구동 전압 변환부에 입력시키는 제2 전압 가산부를 포함한 교류 전동기의 구동 장치.
청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제5항에 있어서, 상기 제2 전압 가산부가,
상기 제어 주입 주기 내의 제1 단위 주기에서 제1 d^S-축 전압(V^S _ds1)과 제1 q^S-축 전압(V^S _qs1)을 출력하고, 상기 제어 주입 주기 내의 제2 단위 주기에서 제2 d^S-축 전압(V^S _ds2)과 제2 q^S-축 전압(V^S _qs2)을 출력하며, 상기 제어 주입 주기 내의 제3 단위 주기에서 제3 d^S-축 전압(V^S _ds3)과 제3 q^S-축 전압(V^S _qs3)을 출력하는 교류 전동기의 구동 장치.
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