KR101814480B1 - 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치 및 방법 - Google Patents

유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 기술은 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 구체적인 예에 따르면, 유동 전동기의 벡터 제어를 통해 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00512
)를 이용하여 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00513
)을 도출하며, d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00514
) 및 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00515
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00516
)을 토대로 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00517
)를 계산하고, 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00518
) 및 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00519
)의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00520
)를 도출하며, 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00521
) 및 전압(
Figure 112016008542561-pat00522
)을 이용하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00523
)을 연산하여 속도 제어부로 전달함에 따라, 유동 전동기의 정밀 고성능 속도 제어를 수행할 수 있게 된다.

Description

유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CALCULATING MOTOR CONSTANT OF INDUCTION MOTOR}
본 발명은 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도 전동기의 벡터 제어를 이용하여 전동기 정수를 도출할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
유도전동기 벡터제어 방식에는 크게 두 가지 즉 직접벡터제어방식과 간접벡터제어방식이 있으며 두 제어방식 모두 회전자의 자속을 검출할 수 있는 센서가 요구되며 센서의 성능이 유도전동기의 특성에 많은 영향을 준다. 특히 센서의 성능은 센서의 가격에 비례하여 비싸지기 때문에 전체 시스템의 가격이 상승하는 단점이 있다.
또한 센서의 신뢰성문제와 센서의 노이즈의 영향으로 인한 시스템의 불안정성등 많은 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 센서리스 벡터제어방식에 대한 많은 연구가 많은 연구가 진행되고 있으며, 센서리스 벡터제어가 정확하게 구현되기 위해서는 유도전동기의 정수를 정확하게 유도되어야 한다.
종래 기술로서 JEC-37에 나타내는 바와 같은 권선저항 측정, 구속 시험, 무부하 시험을 실시하여 전동기 정수를 구하는 방법을 인버터의 제어 소프트웨어에 내장한 것이 있다 (종래예 1). 또한, 유도전동기를 정지시킨 상태에서 유도전동기의 정수를 튜닝하는 방법으로 일본 공개특허공보 평7-55899호가 있다 (종래예 2). 이 방법으로는 단일상 교류를 유도전동기에 공급하고 d축 전류검출값 또는 q축 전류검출값을 푸리에 급수 전개하여 유도전동기의 정수를 구하였다.
종래예 1 및 종래예 2에서는 푸리에 급수 전개를 이용하는 바 소프트웨어가 복잡해지고 소프트웨어의 처리 시간이 길어지고 이에 따라 큰 기억 용량의 하드웨어가 별도로 필요로 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유동 전동기의 벡터 제어를 통해 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00001
)를 이용하여 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00002
)을 도출하며, d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00003
) 및 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00004
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00005
)을 토대로 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00006
)를 계산하고, 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00007
) 및 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00008
)의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00009
)를 도출하며, 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00010
) 및 전압(
Figure 112016008542561-pat00011
)을 이용하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00012
)을 연산하여 속도 제어부로 전달함에 따라, 유동 전동기의 정밀 고성능 속도 제어를 수행할 수 있는 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치 및 방법을 제공하고자 함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치는
유도 전동기의 벡터 제어를 통해 회전하는 유도 전동기의 전동기 정수를 연산하여 속도 제어 장치로 전달하는 전동기 정수 연산 장치를 포함하되,
상기 전동기 정수 연산 장치는,
유동 전동기의 벡터 제어를 통해 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00013
)를 이용하여 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00014
)을 도출하는 제1 연산부; d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00015
) 및 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00016
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00017
)을 토대로 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00018
)를 계산하는 제2 연산부; 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00019
) 및 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00020
)의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00021
)를 도출하는 제3 연산부; 및 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00022
) 및 전압(
Figure 112016008542561-pat00023
)을 이용하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00024
)을 연산하는 제4 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제1 연산부는, q축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00025
)를 0으로 설정하고 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00026
)의 제어를 통해 유도 전동기가 회전하지 아니하는 단상 운전 시 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00027
)의 변동에 따라 왜곡 전압(
Figure 112016008542561-pat00028
)이 보상된 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00029
)을 도출하는 고정자 전압 연산기; 및 도출된 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00030
) 및 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00031
)의 비로 고정자저항 (
Figure 112016008542561-pat00032
)를 연산하는 고정자저항 연산기를 포함하도록 구비될 수 있으며, 상기 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00033
)는 왜곡 전압(
Figure 112016008542561-pat00034
) 및 시변하는 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00035
)(
Figure 112016008542561-pat00036
) 및 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00037
)으로부터 연산되며, 다음 식 1을 만족하고, 식 1로부터 상기 고정자 저항 (
Figure 112016008542561-pat00038
)는 다음 식 2를 만족하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112016008542561-pat00039
.. 식 1
Figure 112016008542561-pat00040
.. 식 2
바람직하게 상기 제2 연산부는, d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00041
) 및 q축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00042
)과 d축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00043
) 및 q축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00044
)에 대한 유도 전동기(30)의 전류 전압 방정식으로부터 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00045
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00046
)을 도출하는 고정자 전압 연산기; d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00047
) 및 q축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00048
) 및 전압 위상차(
Figure 112016008542561-pat00049
)를 입력으로 등가속도(
Figure 112016008542561-pat00050
)로 회전하는 유도 전동기의 단상 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00051
)를 도출하는 여자 전류 연산기; 단상 운전 조건
Figure 112016008542561-pat00052
이고
Figure 112016008542561-pat00053
인 경우 상기 고정자 전압 연산기의 전류 전압 방정식으로부터 d축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00054
) 및 q축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00055
)를 도출하는 회전자 전류 연산기; 상기 회전자 전류 연산기에서 도출된 d축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00056
) 및 q축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00057
)으로부터 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00058
)를 도출하는 누설 인덕턴스 연산기; 및 시변하는 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00059
)에 대해 왜곡 전압(
Figure 112016008542561-pat00060
)이 반영된 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00061
)을 토대로 최종 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00062
)를 도출하는 최종 누설 인덕턴스 연산기를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 제2 연산부의 고정자 전압 연산기는, 등가속도(
Figure 112016008542561-pat00063
), 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00064
), 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00065
), 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00066
), 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00067
), 회전자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00068
), d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00069
) 및 q축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00070
)과 d축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00071
) 및 q축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00072
)에 대한 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00073
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00074
)을 도출하며, 도출된 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00075
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00076
)은 다음 식 3을 만족한다.
Figure 112016008542561-pat00077
... 식 3
바람직하게 상기 제2 연산부의 여자전류 연산기는, 등가속도(
Figure 112016008542561-pat00078
)로 회전하는 유도 전동기(30)의 단상 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00079
)를 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00080
) 및 q축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00081
) 및 입력 전력과 공급 전압과 전류의 위상차(
Figure 112016008542561-pat00082
)를 토대로 도출되며, 도출된 단상 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00083
)는 다음 식 4를 만족한다.
Figure 112016008542561-pat00084
... 식 4
바람직하게 상기 제2 연산부의 회전자 전류 연산기는, q축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00085
)=0 이고,
Figure 112016008542561-pat00086
를 만족하는 유도 전동기의 단상 운전 시, 상기 유도 전동기에 대한 전압 전류 방정식으로부터 d축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00087
) 및 q축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00088
)와 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00089
) 및 q축 고정자 전압 (
Figure 112016008542561-pat00090
)를 도출하며, 도출된 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00091
) 및 q축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00092
)와 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00093
) 및 q축 고정자 전압 (
Figure 112016008542561-pat00094
)은 다음 식 6 및 7을 각각 만족할 수 있다.
Figure 112016008542561-pat00095
... 식 6
Figure 112016008542561-pat00096
... 식 7
바람직하게 상기 제2 연산부의 누설 인덕턴스 연산기는, 도출된 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00097
) 및 q축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00098
)와 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00099
) 및 q축 고정자 전압 (
Figure 112016008542561-pat00100
)로부터 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00101
)를 도출하며 도출된 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00102
)는 다음 식 8을 만족한다.
Figure 112016008542561-pat00103
... 식 8
바람직하게 상기 제2 연산부의 최종 누설인덕턴스 연산기는, 시변하는 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00104
)에 대해 왜곡 전압(
Figure 112016008542561-pat00105
)이 반영된 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00106
)을 토대로 최종 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00107
)를 도출하며, 최종 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00108
)는 다음 식 8로 나타낸다.
Figure 112016008542561-pat00109
... 식 9
바람직하게 상기 제3 연산부는,
무부하 운전 시 유도 전동기(30)가 임계 속도로 감소할 때까지의 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00110
)를 평균하여 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00111
)를 연산하는 고정자 인덕턴스 연산기; 및 상기 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00112
)와 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00113
)의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00114
)를 도출하는 자화 인덕턴스 연산기를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 고정자 인덕턴스 연산기는, 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00115
)를 평균하여 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00116
)를 연산하며 고정자 인덕턴스는 다음 식 10으로 나타낸다.
Figure 112016008542561-pat00117
... 식 10
바람직하게 상기 제4 연산부는, 정격 전압 및 정격 슬립 상태 운전 시 고정자 입력 전류(
Figure 112016008542561-pat00118
) 및 고정자 입력 전압(
Figure 112016008542561-pat00119
)으로 이용하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00120
)을 도출하도록 구비되며, 고정자 입력 전류(
Figure 112016008542561-pat00121
) 및 고정자 입력 전압(
Figure 112016008542561-pat00122
)을 토대로 여자 전압(
Figure 112016008542561-pat00123
)을 도출하는 여자전압 연산기; 허수부 성분의 자화 리액턴스(
Figure 112016008542561-pat00124
)와 여자 전압(
Figure 112016008542561-pat00125
)의 비를 토대로 여자전류(
Figure 112016008542561-pat00126
)을 도출하는 여자전류 연산기; 및 여자 전압(
Figure 112016008542561-pat00127
)의 실수부로부터 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00128
)을 연산하고, 허수부로부터 회전자 임피던스(
Figure 112016008542561-pat00129
)를 연산하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00130
)를 연산하는 회전자 저항 연산기를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 여자 전압(
Figure 112016008542561-pat00131
)은 고정자 입력 전류(
Figure 112016008542561-pat00132
) 및 고정자 입력 전압(
Figure 112016008542561-pat00133
)을 토대로 도출하여 다음 식 11을 만족한다.
Figure 112016008542561-pat00134
... 식 11
바람직하게 상기 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00135
)는 허수부 성분의 자화 리액턴스(
Figure 112016008542561-pat00136
)와 여자 전압(
Figure 112016008542561-pat00137
)의 비로부터 도출되며 다음 식 12를 만족한다.
Figure 112016008542561-pat00138
... 식 12
바람직하게 상기 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00139
)는 여자 전압(
Figure 112016008542561-pat00140
)의 실수부로부터 도출되며 다음 식 13을 만족한다.
Figure 112016008542561-pat00141
... 식 13
전술한 장치를 이용한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 과정은,
유도 전동기의 벡터 제어를 통해 회전하는 유도 전동기의 전동기 정수를 연산하여 속도 제어부로 전달하는 전동기 정수 연산 과정을 포함하되,
상기 전동기 정수 연산 과정은
유동 전동기의 벡터 제어를 통해 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00142
)를 이용하여 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00143
)을 도출하는 제1 연산 단계; d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00144
) 및 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00145
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00146
)을 토대로 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00147
)를 계산하는 제2 연산 단계; 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00148
) 및 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00149
)의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00150
)를 도출하는 제3 연산 단계; 및 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00151
) 및 전압(
Figure 112016008542561-pat00152
)을 이용하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00153
)을 연산하는 제4 연산 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치 및 방법에 의하면, 유동 전동기의 벡터 제어를 통해 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00154
)를 이용하여 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00155
)을 도출하며, d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00156
) 및 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00157
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00158
)을 토대로 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00159
)를 계산하고, 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00160
) 및 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00161
)의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00162
)를 도출하며, 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00163
) 및 전압(
Figure 112016008542561-pat00164
)을 이용하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00165
)을 연산하여 속도 제어부로 전달함에 따라, 유동 전동기의 정밀 고성능 속도 제어를 수행할 수 있는 효과를 얻는다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예가 적용되는 유도 전동기 제어 시스템의 구성을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치의 구성을 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치의 제1 연산부의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치의 제1 연산부의 연산을 위한 유도 전동기의 등가 회로를 보인 도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치의 제2 연산부의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치의 제2 연산부의 연산을 위한 유도 전동기의 등가 회로를 보인 도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치의 제3 연산부의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치의 제3 연산부의 연산을 위한 유도 전동기의 등가 회로를 보인 도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치의 제4 연산부의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치의 제4 연산부의 연산을 위한 유도 전동기의 등가 회로를 보인 도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치에 의거한 유도 전류 실측치를 보인 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치에 의거한 유동 전동기의 저속 회전 시 제어 속도 지령치 및 실측치를 보인 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치에 의거한 유동 전동기의 고속 회전 시 제어 속도 지령치 및 실측치를 보인 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 과정을 보인 흐름도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 잇점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 실시 예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예가 적용되는 유도 전동기의 제어 시스템의 구성을 보인 도면으로서, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 제어 시스템은, 유도 전동기의 1차측 d축(자속 성분) 고정자 전류및 q축(토크 성분) 고정자 전류를 토대로 d축 고정자 전압 및 q축 고정자 전압을 도출한 후 도출된 d축 고정자 전압 및 q축 고정자 전압을 전력 변환하여 유도 전동기(30)로 전달하고 유도 전동기(30)의 2차측 d축 회전자 전류 및 q축 회전자 전류 및 d축 고정자 전압 및 q축 고정자 전압 및 출력주파수를 토대로 전동기 정수들을 검출하고, 검출된 전동기 정수들을 토대로 옵저버 및 필터 제어 등을 실행하여 유도 전동기의 속도를 제어하도록 구비되며, 이러한 시스템은, 전동기 정수 연산 장치(10), 유도 전동기(30), 및 속도 제어 장치(50)로 구비된다.
유도전동기(30)의 제어 시스템을 대상으로 본 발명의 실시 예에서 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치(10)를 통해 전동기 정수를 도출하는 과정을 설명하고자 한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 측정 장치(10)는, 유도 전동기(30)의 벡터 제어를 통해 출력된 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00166
)를 이용하여 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00167
)을 도출하며, d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00168
) 및 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00169
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00170
)을 토대로 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00171
)를 계산하고, 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00172
) 및 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00173
)의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00174
)를 도출하며, 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00175
) 및 전압(
Figure 112016008542561-pat00176
)을 이용하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00177
)을 연산하여 속도 제어 장치(50)로 전달하도록 구비된다.
도 2는 도 1에 도시된 전동기 정수 연산 장치(10)의 세부적인 구성을 보인 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 제1 연산부(110)의 세부적인 구성을 보인 도이며, 도 4는 도 3에 도시된 제1 연산부(110)의 연산을 위한 유도 전동기(30)의 등가 회로를 보인 도이고, 도 5는 도 2에 도시된 제2 연산부(120)의 세부적인 구성을 보인 도이고, 도 6은 도 5에 도시된 제2 연산부(120)의 연산을 위한 유도 전동기(30)의 등가 회로를 보인 도이며, 도 7은 도 2에 도시된 제3 연산부(130)의 세부적인 구성을 보인 도이고, 도 8은 도 7에 도시된 제3 연산부(130)의 연산을 위한 유도 전동기(30)의 등가 회로를 보인 도이며, 도 9는 도 2에 도시된 제4 연산부(140)의 세부적인 구성을 보인 도이고, 도 10은 도 9에 도시된 제4 연산부(140)의 연산을 위한 유도 전동기(30)의 등가 회로를 보인 도이다.
도 2 내지 도 10을 참조하면, 전동기 정수 연산 장치(10)는, 유동 전동기(30)의 벡터 제어를 통해 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00178
)를 이용하여 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00179
)을 도출하는 제1 연산부(110)와, d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00180
) 및 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00181
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00182
)을 토대로 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00183
)를 계산하는 제2 연산부(120)와, 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00184
) 및 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00185
)의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00186
)를 도출하는 제3 연산부(130)와, 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00187
) 및 전압(
Figure 112016008542561-pat00188
)을 이용하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00189
)을 연산하는 제4 연산부(140)를 포함한다.
여기서, 제1 연산부(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, q축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00190
)를 0으로 설정하고 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00191
)의 제어를 통해 유도 전동기가 회전하지 아니하는 단상 운전 시 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00192
)의 변동에 따라 왜곡 전압(
Figure 112016008542561-pat00193
)이 보상된 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00194
)을 도출하는 고정자 전압 연산기(111) 및 도출된 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00195
) 및 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00196
)의 비로 고정자저항 (
Figure 112016008542561-pat00197
)를 연산하는 고정자저항 연산기(112)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 q축 고정자 전류 지령값(
Figure 112016008542561-pat00198
)이 0으로 설정되고 d축 고정자 전류 지령값(
Figure 112016008542561-pat00199
)의 제어를 통해 유도 전동기가 회전하지 아니하는 단상 운전 시 고정자 저항값(
Figure 112016008542561-pat00200
)은 d축 고정자 전압 지령값(
Figure 112016008542561-pat00201
) 및 d축 고정자 전류 지령값(
Figure 112016008542561-pat00202
)의 비로 도출되며 다음 식 11로 나타낸다.
Figure 112016008542561-pat00203
.. 식 11
이때 단상 운전은
Figure 112016008542561-pat00204
를 만족하고, 이때 등가 회로는 도 4에 도시된 바와 같다.
여기서, d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00205
)는 데드 타임 및 IGBT 전압 강하 등의 왜곡 전압을 포함하고 있으며 왜곡 전압을 보상한 실제 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00206
)은 다음 식 12를 만족한다.
Figure 112016008542561-pat00207
.. 식 12
상기 왜곡 전압(
Figure 112016008542561-pat00208
)은 전류의 방향이 일정하면 일정한 값을 가지므로, d축 고정자 전류 지령값(
Figure 112016008542561-pat00209
)의 변동에 따라 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00210
)은 다음 식 13을 만족하고, 식 3으로부터 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00211
)은 다음 식 14로 나타낸다.
Figure 112016008542561-pat00212
.. 식 13
Figure 112016008542561-pat00213
.. 식 14
이어 상기 전동기 정수 연산 장치(10)는 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00214
) 및 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00215
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00216
)을 토대로 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00217
)를 계산하는 제2 연산부(120)를 더 포함하고, 상기 제2 연산부(120)는 도 5에 도시된 바와 같이, d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00218
) 및 q축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00219
)과 d축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00220
) 및 q축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00221
)에 대한 유도 전동기(30)의 전류 전압 방정식으로부터 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00222
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00223
)을 도출하는 고정자 전압 연산기(121)와, d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00224
) 및 q축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00225
) 및 전압 위상차(
Figure 112016008542561-pat00226
)를 입력으로 등가속도(
Figure 112016008542561-pat00227
)로 회전하는 유도 전동기의 단상 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00228
)를 도출하는 여자 전류 연산기(122)와, 단상 운전 조건
Figure 112016008542561-pat00229
이고
Figure 112016008542561-pat00230
인 경우 상기 고정자 전압 연산기의 전류 전압 방정식으로부터 d축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00231
) 및 q축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00232
)를 도출하는 회전자 전류 연산기(123)와, 상기 회전자 전류 연산기(123)에서 도출된 d축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00233
) 및 q축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00234
)으로부터 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00235
)를 도출하는 누설 인덕턴스 연산기(124)와, 시변하는 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00236
)에 대해 왜곡 전압(
Figure 112016008542561-pat00237
)이 반영된 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00238
)을 토대로 최종 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00239
)를 도출하는 최종 누설 인덕턴스 연산기(125)를 포함할 수 있다.
즉, d축 고정자 전류 지령값(
Figure 112016008542561-pat00240
) 및 q축 고정자 전류 지령값(
Figure 112016008542561-pat00241
)과 d축 회전자 전류 검출값(
Figure 112016008542561-pat00242
) 및 q축 회전자 전류 검출값(
Figure 112016008542561-pat00243
)에 대한 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00244
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00245
)은 유도 전동기(30)의 기 정해진 전압 전류 방정식을 동기 좌표계 형태로 변환하여 다음 식 21로 표현되며, 고주파 전압 인가 시 유도 전동기의 등가회로는 도 6에 도시된 바와 같다.
Figure 112016008542561-pat00246
.. 식 21
여기서,
Figure 112016008542561-pat00247
는 등가속도이고, 등가속도로 회전하는 유도 전동기의 단상 여자 전류의 동기 좌표는 다음 식 22를 만족한다.
Figure 112016008542561-pat00248
.. 식 22
여기서,
Figure 112016008542561-pat00249
는 전압 위상으로
Figure 112016008542561-pat00250
를 만족한다.
이에
Figure 112016008542561-pat00251
이고,
Figure 112016008542561-pat00252
를 만족하는 경우 식 21을 정리하면, d축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00253
) 및 q축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00254
)과 d축 고정자 전류 지령값(
Figure 112016008542561-pat00255
) 및 q축 고정자 전류 지령값(
Figure 112016008542561-pat00256
)는 다음 식 23 및 24로 각각 나타낸다.
Figure 112016008542561-pat00257
.. 식 23
Figure 112016008542561-pat00258
.. 식 24
또한 식 23 및 24 로부터 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00259
)가 도출되며, 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00260
)는 다음 식 25를 만족한다.
Figure 112016008542561-pat00261
.. 식 25
이러한 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00262
) 역시 왜곡 전압(
Figure 112016008542561-pat00263
)의 영향을 제거하기 위해 소정 시간 차를 두어 연산하면, 최종 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00264
)는 다음 식 26을 만족한다.
Figure 112016008542561-pat00265
.. 식 26
또한, 전동기 정수 연산 장치(10)는, 유도 전동기(30)의 무부하 운전 시 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00266
)와 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00267
)의 차로 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00268
)을 도출하는 제3 연산부(130)를 더 포함한다.
제3 연산부(130)는 도 7에 도시된 바와 같이, 무부하 운전 시 유도 전동기(30)가 임계 속도로 감소할 때까지의 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00269
)를 평균하여 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00270
)를 연산하는 고정자 인덕턴스 연산기(131)와, 상기 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00271
)와 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00272
)의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00273
)를 도출하는 자화 인덕턴스 연산기(132)를 포함할 수 있다.
즉, 유도 전동기(30)은 정격 전압에서 제어 속도를 동기 속도와 동일하게 동작시키고 기계적인 마찰 부하를 무시하면 슬립은 0이 되고, 이에 회전자 임피던스는 무한대가 된다. 이때 유도 전동기(30)의 등가 회로는 도 8에 도시된 바와 같다.
이러한 등가 회로를 참조하면, 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00274
)는 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00275
)와 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00276
)의 차로 도출됨을 확인할 수 있으며, 다음 식 31을 만족하며, 이때 마찰 부하 및 제로 슬립에 따른 유도 전동기(30)의 감속을 보상하기 위해, 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00277
)는 유도 전동기(30)가 임계 속도로 감소할 때까지의 고정자 누설 인덕턴스를 평균하여 도출되는 바 다음 식 32를 만족한다.
Figure 112016008542561-pat00278
.. 식 31
Figure 112016008542561-pat00279
.. 식 32
또한, 전동기 정수 연산기(10)는 유도 전동기(30)의 회전자에 흐르는 전류의 주파수를 변화함에 따라 정격 부하를 인가하고 정격 전압 및 정격 슬립 상태 운전 시 여자 전류 및 전압으로 이용하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00280
)을 도출하는 제4 연산부(140)를 더 포함할 수 있다.
제4 연산부(140)는 도 9에 도시된 바와 같이, 고정자 입력 전류(
Figure 112016008542561-pat00281
) 및 고정자 입력 전압(
Figure 112016008542561-pat00282
)을 토대로 여자 전압(
Figure 112016008542561-pat00283
)을 도출하는 여자전압 연산기(141)와, 허수부 성분의 자화 리액턴스(
Figure 112016008542561-pat00284
)와 여자 전압(
Figure 112016008542561-pat00285
)의 비를 토대로 여자전류(
Figure 112016008542561-pat00286
)을 도출하는 여자전류 연산기(142)와, 여자 전압(
Figure 112016008542561-pat00287
)의 실수부로부터 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00288
)을 연산하고 허수부로부터 회전자 임피던스(
Figure 112016008542561-pat00289
)를 연산하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00290
)를 연산하는 회전자 저항 연산기(143)를 포함할 수 있다.
즉, 정격 부하의 공급 시 유동 전동기(30)의 등가 회로는 도 10에 도시된 바와 같으며, 도 5를 참조하면, 고정자 입력전압 및 전류로부터 유도 전동기(30)에서의 여자 전압(
Figure 112016008542561-pat00291
)은 다음 식 41를 만족한다.
Figure 112016008542561-pat00292
.. 식 41
여기서,
Figure 112016008542561-pat00293
는 고정자 누설 리액턴스이고, 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00294
)는 허수부 성분의 자화 리액턴스(
Figure 112016008542561-pat00295
)와 여자 전압(
Figure 112016008542561-pat00296
)의 비로 나타내며 이에 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00297
)는 다음 식 42를 만족한다.
Figure 112016008542561-pat00298
.. 식 42
즉, 여자 전압(
Figure 112016008542561-pat00299
)은 실수부와 허수부를 포함하며, 이에 전동기 정수 연산부(10)는 여자 전압(
Figure 112016008542561-pat00300
)의 실수부로부터 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00301
)을 연산하고, 허수부로부터 회전자 임피던스(
Figure 112016008542561-pat00302
)를 연산하며, 상기 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00303
) 및 회전자 임피던스(
Figure 112016008542561-pat00304
)는 다음 식 43 및 식 44로 표시된다.
Figure 112016008542561-pat00305
.. 식 43
Figure 112016008542561-pat00306
.. 식 44
이러한 전동기 정수 연산부(30)에서 도출된 전동기 정수를 전달받은 속도 제어부(50)는 수신된 전동기 정수를 토대로 옵저버, 및 필터 등의 제어를 수행하여 유도 전동기(30)의 속도를 제어한다.
여기서, 속도 제어부(50)에서 수신된 전동기 정수를 토대로 옵저버, 및 필터 등의 제어를 수행하여 유도 전동기(30)의 속도를 제어하는 일련의 과정은 일반적인 전동기 정수를 토대로 유도 전동기의 속도 제어하는 일반적인 과정과 동일 또는 유사하다.
도 11은 도 1에 도시된 전동기 정수 연산부(30)의 전동기 정수를 토대로 연산된 여자 전류 지령치와 여자 전류 지령치에 의거하여 회전하는 유동 전동기(30)의 여자 전류 실측치를 보인 그래프로서, 도 6을 참조하면, 여자 전류 실측치가 초기 구간에서 변동하고 있으나, 이 후 여자 전류 지령치를 추정하고 있으므로, 속도 제어부(50)의 비례 적분 여자 전류 제어기가 정상 동작하고 있음을 확인할 수 있다.
한편, 도 12는 도 1에 도시된 유도 전동기(30)의 250 rpm 이하의 저속 주행 시 유동 전동기(30)의 제어 속도 지령치와 실측치를 보인 그래프로서, 도 7을 참조하면, 저속 주행 시 일부 영역에서 전동기 정수 연산부(10)의 정수에 따라 연산된 유도 전동기(30)의 제어 속도 지령치에 대한 응답 속도가 지연됨을 확인할 수 있으나, 전체적으로 제어 속도 지령치에 대한 실측치의 오차가 기 정해진 임계 범위 내에 존재하므로, 유도 전동기(30)의 벡터 제어가 정확하게 수행됨을 알 수 있다.
그리고, 도 13은 도 1에 도시된 유도 전동기(30)의 250 rpm 초과 1250 rpm 이하의 고속 주행 시 유동 전동기(30)의 제어 속도 지령치와 실측치를 보인 그래프로서, 도 8을 참조하면, 고속 주행 시 전동기 정수 연산부(10)의 정수에 따라 연산된 유도 전동기(30)의 제어 속도 지령치에 대한 실측치의 오차가 기 정해진 임계 범위 내에 존재하므로, 유도 전동기(30)의 벡터 제어가 정확하게 수행됨을 알 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 전동기 정수 연산부(10)에서 유동 전동기(10)의 벡터 제어를 통해 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00307
)를 이용하여 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00308
)을 도출하며, d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00309
) 및 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00310
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00311
)을 토대로 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00312
)를 계산하고, 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00313
) 및 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00314
)의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00315
)를 도출하며, 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00316
) 및 전압(
Figure 112016008542561-pat00317
)을 이용하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00318
)을 연산하여 속도 제어부(50)로 전달함에 따라, 유동 전동기(30)의 정밀 고성능 속도 제어를 수행할 수 있게 된다.
한편, 유동 전동기의 벡터 제어를 통해 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00319
)를 이용하여 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00320
)을 도출하며, d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00321
) 및 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00322
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00323
)을 토대로 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00324
)를 계산하고, 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00325
) 및 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00326
)의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00327
)를 도출하며, 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00328
) 및 전압(
Figure 112016008542561-pat00329
)을 이용하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00330
)을 연산하여 속도 제어부로 전달하는 일련의 과정은 도 14를 참조하여 설명한다.
도 14는 도 2에 도시된 전동기 정수 연산 장치의 동작 과정을 보인 흐름도로서, 도 14를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유도 전동기의 전동기 정수 연산 과정을 설명한다.
우선, 전동기 정수 연산 장치(10)는 유도 전동기(30)에 공급되는 d축 고정자 전류 지령값(
Figure 112016008542561-pat00331
) 및 q축 고정자 전류 지령값(
Figure 112016008542561-pat00332
)을 토대로 고정자 저항값(
Figure 112016008542561-pat00333
)을 도출한다(S1).
그리고 전동기 정수 연산 장치(10)는 유도 전동기(30)에 공급되는 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00334
) 및 q축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00335
)과 유도 전동기(30)에서 출력되는 d축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00336
) 및 q축 회전자 전류(
Figure 112016008542561-pat00337
)을 토대로 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00338
)을 도출한다(S2).
한편, 전동기 정수 연산 장치(10)는 유도 전동기(30)의 무부하 운전 시 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00339
)와 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00340
)의 차로 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00341
)을 도출한다(S3).
또한, 전동기 정수 연산 장치(10)는 유도 전동기(30)의 회전자에 흐르는 전류의 주파수를 변화함에 따라 정격 부하를 인가하고 정격 전압 및 정격 슬립 상태 운전 시 여자 전류 및 전압으로 이용하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00342
)을 도출한다(S4).
이러한 전동기 정수 연산 장치(10)에서 연산된 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00343
), 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00344
), 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00345
), 및 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00346
)를 포함하는 정수를 속도 제어 장치(50)로 제공되고 속도 제어 장치(50)는 유도 전동기(30)의 제어 속도를 PI 여자 전류 제어기를 통해 단속하며, 이러한 PI 여자 전류 제어기를 이용하여 유도 전동기(30)의 제어 속도를 단속하는 일련의 과정은 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
이에 따라, 전동기 정수 연산부(10)에서 유동 전동기(10)의 벡터 제어를 통해 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00347
)를 이용하여 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00348
)을 도출하며, d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00349
) 및 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00350
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00351
)을 토대로 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00352
)를 계산하고, 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00353
) 및 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00354
)의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00355
)를 도출하며, 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00356
) 및 전압(
Figure 112016008542561-pat00357
)을 이용하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00358
)을 연산하여 속도 제어부(50)로 전달함에 따라, 유동 전동기(30)의 정밀 고성능 속도 제어를 수행할 수 있게 된다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
전동기 정수 연산부(10)에서 유동 전동기(10)의 벡터 제어를 통해 d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00359
)를 이용하여 고정자 저항(
Figure 112016008542561-pat00360
)을 도출하며, d축 고정자 전류(
Figure 112016008542561-pat00361
) 및 d축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00362
) 및 q축 고정자 전압(
Figure 112016008542561-pat00363
)을 토대로 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00364
)를 계산하고, 고정자 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00365
) 및 고정자 누설 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00366
)의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
Figure 112016008542561-pat00367
)를 도출하며, 여자 전류(
Figure 112016008542561-pat00368
) 및 전압(
Figure 112016008542561-pat00369
)을 이용하여 회전자 저항(
Figure 112016008542561-pat00370
)을 연산하여 속도 제어부(50)로 전달함에 따라, 유동 전동기(30)의 정밀 고성능 속도 제어를 수행할 수 있는 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치 및 방법에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 유도 전동기의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 유도 전동기의 벡터 제어를 통해 회전하는 유도 전동기의 전동기 정수를 연산하여 속도 제어 장치로 전달하는 전동기 정수 연산 장치를 포함하되,
    상기 전동기 정수 연산 장치는,
    q축 고정자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00538
    )를 0으로 설정하고 d축 고정자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00539
    )의 제어를 통해 유도 전동기가 회전하지 아니하는 단상 운전 시 d축 고정자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00540
    )의 변동에 따라 왜곡 전압(
    Figure 112017038383322-pat00541
    )이 보상된 d축 고정자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00542
    ) 및 d축 고정자 전압(
    Figure 112017038383322-pat00543
    )의 비로 고정자 저항(
    Figure 112017038383322-pat00544
    )을 도출하는 제1 연산부;
    d축 고정자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00545
    ) 및 q축 고정자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00546
    )과 d축 회전자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00547
    ) 및 q축 회전자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00548
    )에 대한 유도 전동기(30)의 전류 전압 방정식으로부터 연산된 q축 고정자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00549
    ) 및 d축 고정자 전압(
    Figure 112017038383322-pat00550
    ) 및 q축 고정자 전압(
    Figure 112017038383322-pat00551
    )을 토대로 누설 인덕턴스(
    Figure 112017038383322-pat00552
    )를 계산하는 제2 연산부;
    무부하 운전 시 유도 전동기가 임계 속도로 감소할 때까지의 고정자 누설 인덕턴스(
    Figure 112017038383322-pat00553
    )를 평균하여 연산된 고정자 인덕턴스(
    Figure 112017038383322-pat00554
    ) 및 상기 고정자 누설 인덕턴스(
    Figure 112017038383322-pat00555
    )로부터 연산된 무부하 운전 시 고정자 누설 인덕턴스(
    Figure 112017038383322-pat00556
    )의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
    Figure 112017038383322-pat00557
    )를 도출하는 제3 연산부; 및
    유도 전동기의 회전자에 흐르는 전류의 주파수를 변화함에 따라 정격 부하를 인가하고 정격 전압 및 정격 슬립 상태 운전 시 고정자 입력 전류(
    Figure 112017038383322-pat00558
    ) 및 고정자 입력 전압(
    Figure 112017038383322-pat00559
    )을 토대로 연산된 여자 전압(
    Figure 112017038383322-pat00560
    )과 허수부 성분의 자화 리액턴스(
    Figure 112017038383322-pat00561
    )와 여자 전압(
    Figure 112017038383322-pat00562
    )의 비를 토대로 연산된 여자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00563
    )를 이용하여 회전자 저항(
    Figure 112017038383322-pat00564
    )을 연산하는 제4 연산부를 포함하고,
    상기 제2 연산부는,
    d축 고정자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00565
    ) 및 q축 고정자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00566
    )과 d축 회전자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00567
    ) 및 q축 회전자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00568
    )에 대한 유도 전동기(30)의 전류 전압 방정식으로부터 d축 고정자 전압(
    Figure 112017038383322-pat00569
    ) 및 q축 고정자 전압(
    Figure 112017038383322-pat00570
    )을 도출하는 고정자 전압 연산기;
    d축 고정자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00571
    ) 및 q축 고정자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00572
    ) 및 전압 위상차(
    Figure 112017038383322-pat00573
    )를 입력으로 등가속도(
    Figure 112017038383322-pat00574
    )로 회전하는 유도 전동기의 단상 여자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00575
    )를 도출하는 여자 전류 연산기; 단상 운전 조건
    Figure 112017038383322-pat00576
    이고
    Figure 112017038383322-pat00577
    인 경우 상기 고정자 전압 연산기의 전류 전압 방정식으로부터 d축 회전자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00578
    ) 및 q축 회전자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00579
    )를 도출하는 회전자 전류 연산기;
    상기 회전자 전류 연산기에서 도출된 d축 회전자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00580
    ) 및 q축 회전자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00581
    )으로부터 누설 인덕턴스(
    Figure 112017038383322-pat00582
    )를 도출하는 누설 인덕턴스 연산기; 및
    시변하는 d축 고정자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00583
    )에 대해 왜곡 전압(
    Figure 112017038383322-pat00584
    )이 반영된 d축 고정자 전압(
    Figure 112017038383322-pat00585
    )을 토대로 최종 누설 인덕턴스(
    Figure 112017038383322-pat00586
    )를 도출하는 최종 누설 인덕턴스 연산기를 포함하며,
    상기 제2 연산부의 여자전류 연산기는,
    등가속도(
    Figure 112017038383322-pat00436
    )로 회전하는 유도 전동기(30)의 단상 여자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00437
    )를 d축 고정자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00438
    ) 및 q축 고정자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00439
    ) 및 입력 전력과 공급 전압과 전류의 위상차(
    Figure 112017038383322-pat00440
    )를 토대로 도출되며, 도출된 단상 여자 전류(
    Figure 112017038383322-pat00441
    )는 다음 식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치.
    Figure 112017038383322-pat00442
    .. 식 4
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 연산부의 회전자 전류 연산기는,
    q축 고정자 전류(
    Figure 112016008542561-pat00443
    )=0 이고,
    Figure 112016008542561-pat00444
    를 만족하는 유도 전동기의 단상 운전 시, 상기 유도 전동기에 대한 전압 전류 방정식으로부터 d축 회전자 전류(
    Figure 112016008542561-pat00445
    ) 및 q축 회전자 전류(
    Figure 112016008542561-pat00446
    )와 d축 고정자 전압(
    Figure 112016008542561-pat00447
    ) 및 q축 고정자 전압 (
    Figure 112016008542561-pat00448
    )를 도출하며, 도출된 d축 고정자 전류(
    Figure 112016008542561-pat00449
    ) 및 q축 고정자 전류(
    Figure 112016008542561-pat00450
    )와 d축 고정자 전압(
    Figure 112016008542561-pat00451
    ) 및 q축 고정자 전압 (
    Figure 112016008542561-pat00452
    )은 다음 식 6 및 7을 각각 만족하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치.
    Figure 112016008542561-pat00453
    .. 식 6
    Figure 112016008542561-pat00454
    .. 식 7
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 연산부의 누설 인덕턴스 연산기는,
    상기 도출된 d축 고정자 전류(
    Figure 112016008542561-pat00455
    ) 및 q축 고정자 전류(
    Figure 112016008542561-pat00456
    )와 d축 고정자 전압(
    Figure 112016008542561-pat00457
    ) 및 q축 고정자 전압 (
    Figure 112016008542561-pat00458
    )로부터 누설 인덕턴스(
    Figure 112016008542561-pat00459
    )를 도출하며 도출된 누설 인덕턴스(
    Figure 112016008542561-pat00460
    )는 다음 식 8을 만족하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치.
    Figure 112016008542561-pat00461
    .. 식 8
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 연산부의 최종 누설인덕턴스 연산기는,
    시변하는 d축 고정자 전류(
    Figure 112016008542561-pat00462
    )에 대해 왜곡 전압(
    Figure 112016008542561-pat00463
    )이 반영된 d축 고정자 전압(
    Figure 112016008542561-pat00464
    )을 토대로 최종 누설 인덕턴스(
    Figure 112016008542561-pat00465
    )를 도출하며, 최종 누설 인덕턴스(
    Figure 112016008542561-pat00466
    )는 다음 식 9로 나타내는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치.
    Figure 112016008542561-pat00467
    .. 식 9
  10. 제6항에 있어서, 상기 제3 연산부는,
    무부하 운전 시 유도 전동기(30)가 임계 속도로 감소할 때까지의 고정자 누설 인덕턴스(
    Figure 112017076432521-pat00468
    )를 평균하여 고정자 인덕턴스(
    Figure 112017076432521-pat00469
    )를 연산하는 고정자 인덕턴스 연산기; 및
    상기 고정자 인덕턴스(
    Figure 112017076432521-pat00470
    )와 고정자 누설 인덕턴스(
    Figure 112017076432521-pat00471
    )의 차를 토대로 자화 인덕턴스(
    Figure 112017076432521-pat00472
    )를 도출하는 자화 인덕턴스 연산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 고정자 인덕턴스 연산기는,
    고정자 누설 인덕턴스(
    Figure 112016008542561-pat00473
    )를 평균하여 고정자 인덕턴스(
    Figure 112016008542561-pat00474
    )를 연산하며 고정자 인덕턴스는 다음 식 10으로 나타내는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치.
    Figure 112016008542561-pat00475
    .. 식 10
  12. 제6항에 있어서, 상기 제4 연산부는,
    정격 전압 및 정격 슬립 상태 운전 시 고정자 입력 전류(
    Figure 112017076432521-pat00476
    ) 및 고정자 입력 전압(
    Figure 112017076432521-pat00477
    )으로 이용하여 회전자 저항(
    Figure 112017076432521-pat00478
    )을 도출하도록 구비되며, 고정자 입력 전류(
    Figure 112017076432521-pat00479
    ) 및 고정자 입력 전압(
    Figure 112017076432521-pat00480
    )을 토대로 여자 전압(
    Figure 112017076432521-pat00481
    )을 도출하는 여자전압 연산기;
    허수부 성분의 자화 리액턴스(
    Figure 112017076432521-pat00482
    )와 여자 전압(
    Figure 112017076432521-pat00483
    )의 비를 토대로 여자전류(
    Figure 112017076432521-pat00484
    )을 도출하는 여자전류 연산기; 및
    여자 전압(
    Figure 112017076432521-pat00485
    )의 실수부로부터 회전자 저항(
    Figure 112017076432521-pat00486
    )을 연산하고, 허수부로부터 회전자 임피던스(
    Figure 112017076432521-pat00487
    )를 연산하여 회전자 저항(
    Figure 112017076432521-pat00488
    )를 연산하는 회전자 저항 연산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 여자 전압(
    Figure 112016008542561-pat00489
    )은
    고정자 입력 전류(
    Figure 112016008542561-pat00490
    ) 및 고정자 입력 전압(
    Figure 112016008542561-pat00491
    )을 토대로 도출하여 다음 식 11을 만족하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치.
    Figure 112016008542561-pat00492
    .. 식 11
  14. 제13항에 있어서, 상기 여자 전류(
    Figure 112016008542561-pat00493
    )는
    허수부 성분의 자화 리액턴스(
    Figure 112016008542561-pat00494
    )와 여자 전압(
    Figure 112016008542561-pat00495
    )의 비로부터 도출되며 다음 식 12를 만족하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치.
    Figure 112016008542561-pat00496
    .. 식 12
  15. 제14항에 있어서, 상기 회전자 저항(
    Figure 112016008542561-pat00497
    )는
    여자 전압(
    Figure 112016008542561-pat00498
    )의 실수부로부터 도출되며 다음 식 13을 만족하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 전동기 정수 연산 장치.
    Figure 112016008542561-pat00499
    ..식 13
  16. 삭제
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