KR102109575B1 - 인버터 제어장치 - Google Patents

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Abstract

인버터 제어장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예의 장치는, 소정 토폴로지로 배치되는 복수의 스위칭소자를 포함하고, 직류단 전압을 수신하여 상기 스위칭소자의 스위칭에 의해 3상의 교류의 출력전압을 생성하는 인버터부, 초기 전압지령이 전압제한선 내부인 경우, 상기 초기 전압지령에 해당하는 펄스폭변조(PWM) 제어신호를 상기 인버터부의 스위칭소자에 제공하는 전압지령 출력부, 상기 초기 전압지령이 전압제한선 외부인 경우, 상기 초기 전압지령의 변조지수를 수정하는 변조지수 수정부; 및 수정된 변조지수에 의해 수정된 초기 전압지령(수정 전압지령)을 상기 전압제한선으로 제한하여 과변조된 전압지령(과변조 전압지령)을 생성하는 과변조 전압지령 생성부를 포함한다.

Description

인버터 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING INVERTER}
본 발명은 인버터 제어장치에 대한 것이다.
일반적으로 인버터는 전기적으로 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하는 역변환 장치로써, 산업계에서 사용되는 인버터는 상용전원으로부터 공급된 전력을 입력받아 자체적으로 전압과 주파수를 가변하여 전동기에 공급함으로써 전동기 속도를 고효율로 이용하게 제어하는 일련의 장치로 정의되며, 교류전압의 크기와 주파수를 제어할 수 있으므로 가변속 운전이 요구되는 시스템에 널리 사용되고 있다.
인버터가 적용되는 전동기 구동 시스템에서, 인버터의 입력전원이 사고 등의 이유로 감소할 경우, 인버터의 전압합성 성능에 따라 인버터 출력전류의 크기가 달라진다. 동일 부하라는 전제하에, 출력전압의 크기가 클수록 출력전류의 크기는 감소되어 시스템의 손실이 감소하고 전류 폴트(fault) 현상을 방지할 수 있다. 이로 인해, 감소된 입력전압에 대비하여 인버터의 출력전압을 증가시킬 수 있는 과변조 기법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
인버터의 과변조 기법은 크게 동적 과변조 방식과 정적 과변조 방식으로 나눌 수 있다. 이중 동적 과변조 방식은 주로 순시제어를 위한 벡터제어에 적용되는 반면, 정적 과변조 방식은 유도전동기의 V/f 제어 기법과 같은 정상상태 운전에 주로 사용된다.
종래의 정적 과변조의 경우, 인버터의 출력전압이 증가되는 경우 변조지수가 소정 크기 이상인 구간에서 선형성이 확보되지 않는 문제점이 있다. 선형성이란, 전압지령과 동일한 출력전압을 합성하는 성질을 의미하며, 선형성이 보장되지 않는 경우, 과변조 영역에서 전압지령보다 작은 출력전압이 발생하는 문제점이 있고, 이에 의해 부하의 구동이 제한되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 과변조 구간에서 인버터의 출력전압을 최대화하여 선형성을 확장하는 인버터 제어장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 인버터 제어장치는, 소정 토폴로지로 배치되는 복수의 스위칭소자를 포함하고, 직류단 전압을 수신하여 상기 스위칭소자의 스위칭에 의해 3상의 교류의 출력전압을 생성하는 인버터부; 초기 전압지령이 전압제한선 내부인 경우, 상기 초기 전압지령에 해당하는 펄스폭변조(PWM) 제어신호를 상기 인버터부의 스위칭소자에 제공하는 전압지령 출력부; 상기 초기 전압지령이 전압제한선 외부인 경우, 상기 초기 전압지령의 변조지수를 수정하는 변조지수 수정부; 및 수정된 변조지수에 의해 수정된 초기 전압지령(수정 전압지령)을 상기 전압제한선으로 제한하여 과변조된 전압지령(과변조 전압지령)을 생성하는 과변조 전압지령 생성부를 포함하고, 상기 전압지령 출력부는, 상기 초기 전압지령이 전압제한선 외부인 경우, 상기 과변조 전압지령에 해당하는 PWM 제어신호를 상기 인버터부의 스위칭소자에 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 변조지수 수정부는, 상기 과변조 전압지령에 의해 출력되는 상기 인버터부의 출력전압의 변조지수가 상기 과변조 전압지령의 변조지수와 선형이 되도록, 상기 초기 전압지령의 변조지수를 수정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 수정 전압지령은, 아래의 식에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112018053532898-pat00001
(m은 수정된 초기 전압지령의 변조지수이고, Vdc는 직류단 전압임)
본 발명의 일실시예에서, 상기 과변조 전압지령 생성부는, 전압제한선을 벗어난 상기 수정 전압지령에 대해, 상기 인버터부의 PWM 스위칭상태를 유지하는 방식으로 과변조 전압지령을 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 과변조 전압지령 생성부는, 상기 수정 전압지령 중 최대값과 중간값 간의 차이가 중간값과 최소값의 차이보다 크면, 상기 수정 전압지령의 최대값을 양의 직류단 전압으로 결정하고, 상기 수정 전압지령 중 최대값과 중간값 간의 차이가 중간값과 최소값의 차이보다 작거나 같으면, 상기 수정 전압지령의 최소값을 음의 직류단 전압으로 결정하여 상기 과변조 전압지령을 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 변조지수 수정부는, 상기 초기 전압지령의 변조지수를 아래 표와 같이 수정할 수 있다.
Figure 112018053532898-pat00002
본 발명의 일실시예에서, 상기 전압제한선은, 인버터의 입력전원의 크기에 따라 상기 인버터부가 최대로 출력할 수 있는 전압의 한계선일 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 스위칭상태 유기 과변조를 기반으로 하여, 초기 전압지령의 변조지수를 수정하고, 수정된 변조지수에 해당하는 수정 전압지령을 과변조한 과변조 전압지령을 생성함으로써, 인버터 출력전압의 선형성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 과변조 제어를 위한 인버터 시스템의 제어장치를 설명하기 위한 것이다.
도 2는 인버터 전압제한선과 전압지령의 관계를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 3은 전압제한선을 벗어난 전압지령을 전압제한선 상으로 수정하는 것을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 4는 최소거리 과변조 기법에서 전압지령 변조지수에 대한 인버터 출력전압 변조지수를 나타낸 일예시도이다.
도 5는 스위칭 상태 유지 과변조 기법을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 6은 스위칭 상태 유지 과변조 기법에서 전압지령 변조지수에 대한 인버터 출력전압 변조지수를 나타낸 일예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 과변조 전압지령의 생성을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예의 인버터 제어장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예의 인버터 제어장치에 의해 출력전압 변조지수의 성능을 확인하기 위한 일예시도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
도 1은 종래의 과변조 제어를 위한 인버터 시스템의 제어장치를 설명하기 위한 것이다.
일반적으로, 인버터(1)는 전원부(2)로부터 3상의 교류전원을 인가받아, 정류부(11)가 이를 정류하고, 평활부(12)는 정류부(11)가 정류한 직류전압을 평활하여 직류링크 전압으로 저장한다.
인버터부(13)는 평활부(12)에 저장된 직류링크 전압을 PWM 제어신호에 따라 소정 전압 및 주파수를 가지는 교류전압을 출력하여, 이를 전동기(3)에 제공할 수 있다. 인버터부(13)는 3상의 레그로 구성되며, 각 레그에는 2개의 스위칭 소자가 직렬로 연결되어 구성될 수 있다. 인버터부(13)에서 각 상의 스위칭 소자는 다양한 토폴로지로 구성될 수 있다.
이때 인버터부(13)에는 전동기(3)를 구동하기 위하여 전압지령이 인가된다. 이때 입력전원(2)의 크기에 따라 최대로 출력할 수 있는 전압의 크기가 제한되며, 초기 전압지령 생성부(110)가 생성하는 전압지령이 그 제한(전압제한선)보다 크게 되면, 인버터(1)는 과변조 구간에서 동작한다. 과변조가 발생하지 않을 때에는 초기 전압지령 생성부(110)의 초기 전압지령이 최종 전압지령이 되나, 과변조 상황에서는 과변조 전압지령 생성부(100)의 전압지령이 최종 전압지령이 된다.
따라서, 최종 전압지령 생성부(120)는 과변조 여부에 따라 초기 전압지령 또는 과변조 전압지령을 선택하여 최종적으로 최종 전압지령에 대응하는 펄스폭변조(PWM) 제어신호를 생성하여 인버터부(13)에 전달한다.
초기 전압지령 생성부(110)의 3상 전압지령을 Vas *, Vbs *, Vcs *으로 정의하면, 아래의 좌표변환식을 통해 2개의 정지좌표계 전압지령 Vds s*, Vqs s*으로 나타낼 수 있다.
Figure 112018053532898-pat00003
이러한 정지좌표계 전압으로 이루어진 평면상에서, Vds s*, Vqs s*, 및 직류링크 전압 Vdc에 의해 인버터(1)가 최대 출력할 수 있는 제한영역을 나타내면 도 2와 같다. 도 2는 인버터 전압제한선과 전압지령의 관계를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 2에서, (a)는 인버터(1)의 직류단 전압의 크기가 전압지령 대비 충분히 커서, 전압지령이 전압제한선의 내부에 존재하는 상황을 나타내고, (b)는 입력전원(2)의 감소로 직류단 전압이 감소하여 전압제한선의 크기 또한 감소하였거나 또는 전압지령이 증가하여 전압지령이 제한선 외부에 존재하게 되어 과변조 구간이 발생하는 상황을 나타낸 것이다.
이러한 과변조 발생조건은 통상 인버터의 변조지수 m으로 표현가능한데, 변조지수는 아래와 같이 정의할 수 있으며, 인버터가 최대로 전압을 합성할 수 있는 6스텝 운전을 적용하는 경우 변조지수는 최대값 1이 된다.
Figure 112018053532898-pat00004
도 2 및 수학식 2의 정의에 의해, 과변조 영역이 시작되는 순간은 전압지령의 크기가
Figure 112018053532898-pat00005
이 될 때이며, 이때의 변조지수는 0.9067이 된다. 따라서, m이 0.9067보다 큰 영역에서 도 2의 (b)와 같은 과변조 현상이 발생하게 된다.
산업계에서 많이 사용되고 있는 과변조 기법으로서, 전압사용율이 최대로 알려진 최소거리 과변조 기법이 있다. 이에 따르면, 전압제한선을 벗어난 초기 전압지령(V*)과 전압제한선 상에 존재하는 과변조 이후의 전압지령(Vnew *)의 차이를 최소화하는 방향으로 전압지령이 수정된다.
도 3은 전압제한선을 벗어난 전압지령을 전압제한선 상으로 수정하는 것을 설명하기 위한 일예시도이다. 도 3의 내용을 수식으로 표현하면, 전압지령간 차이가 수학식 3과 같이 나타나는데, 이때 수학식 4의 3상 평형조건과, 수학식 5의 과변조 조건을 적용하면, 수학식 6을 도출할 수 있다.
Figure 112018053532898-pat00006
Figure 112018053532898-pat00007
Figure 112018053532898-pat00008
Figure 112018053532898-pat00009
수학식 6의 정지좌표계 전압지령을 3상 전압지령을 다시 표현하면 수학식 7과 같으며, 이때 수학식 7의 bound 함수는 수학식 8과 같이 정의된다.
Figure 112018053532898-pat00010
Figure 112018053532898-pat00011
이러한 최소거리 과변조를 대상으로 전압지령의 변조지수에 대한 출력전압의 변조지수를 도시하면, 도 4와 같다. 도 4는 최소거리 과변조 기법에서 전압지령 변조지수에 대한 인버터 출력전압 변조지수를 나타낸 일예시도로서, 도 4의 (b)는 (a)의 A 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 4에서, 4A는 선형성을 나타내는 기준선이고, 4B는 최소거리 과변조의 성능을 나타내는 것이다. 도 4의 (b)를 참조로 하면, 전압지령 변조지수가 약 0.9067보다 큰 경우 선형성이 사라지게 됨을 알 수 있다.
또 다른 과변조 기법으로서, 스위칭 상태 유지 과변조 기법을 확인할 수 있다. 이 방식은 전압제한선을 벗어난 초기의 전압지령 V*에 대해 인버터의 펄스폭변조(PWM) 스위칭상태를 최대로 유지하는 방식이다.
도 5는 스위칭 상태 유지 과변조 기법을 설명하기 위한 일예시도로서, 스위칭 상태 유지 과변조에 의한 전압지령의 궤도를 나타낸다. 도면에 도시된 바와 같이, 위에서 설명한 최소거리 과변조와는 양상이 다름을 알 수 있다.
만약, 3상 전압지령 중 최대값과 중간값 간의 차이가 중간값과 최소값의 차이보다 크면, 최대값을 양의 직류단 전압으로 결정하게 되고, 이에 의해 스위칭 상태를 최대한 유지할 수 있다.
반대의 경우에는 3상 전압지령 중 최소값을 음의 직류단 전압으로 결정해서 스위칭 상태를 유지할 수 있게 된다.
이러한 과정을 수식으로 표현하면, 수학식 9 및 수학식 10과 같다.
Figure 112018053532898-pat00012
Figure 112018053532898-pat00013
수학식 9 및 수학식 10에서 정의되는
Figure 112018053532898-pat00014
는, PWM 스위칭을 위해 더해지는 값으로서, 각 상 기준으로 하여 지령이 수정되어 과변조되는 것을 나타낸 것이다.
도 6은 스위칭 상태 유지 과변조 기법에서 전압지령 변조지수에 대한 인버터 출력전압 변조지수를 나타낸 일예시도로서, 도 6의 (b)는 (a)의 B 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 6에서, 6A는 선형성의 기준선을 나타내며, 6B는 스위칭 상태 유지 과변조의 성능을 나타낸 것으로서, 도 4의 최소거리 과변조와 유사하게, 약 0.9067 이후에서는 선형성이 사라지고 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 종래방식의 과변조에 의하면, 전압지령의 변조지수가 0.9067 이상인 구간에서는 선형성이 확보되지 않는 문제점이 있다. 이는, 전압지령이 전압제한선을 벗어나는 경우 순시적으로 그 차이를 보상하는 방향으로 전압지령을 수정하기 때문에, 한 주기 시간단위로 판단하면 항상 전압지령과 출력전압의 차이가 존재할 수 밖에 없기 때문이다. 즉 인버터(1)가 최대로 출력할 수 있는 변조지수가 1이 될 수 없다는 뜻이므로 선형성이 확보 되지 않는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 과변조 방식의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 과변조 구간에서 인버터 출력전압을 최대화하여 전압지령에 대한 출력전압의 선형성을 확장하는 인버터 제어장치에 대한 것으로서, 전압지령을 순시적으로 수정하는 종래의 방식과 달리, 한주기 시간단위를 고려하여 스위칭 상태 유지 과변조 방식을 변형하여 과변조 전압지령을 생성하게 된다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 과변조 전압지령의 생성을 설명하기 위한 일예시도로서, (a)는 최소거리 과변조에서의 전압지령 궤도를 나타내며, (b)는 스위칭 상태 유지 과변조에서의 전압지령 궤도를 나타낸다. (a) 및 (b)에서, 실선은 전압제한선을, 점선은 전압지령을 나타내는 것이다.
(a)를 참조로 하면, 최소거리 과변조의 경우, 전압지령의 변조지수가 무한대로 증가하더라도 전압제한 육각형 선상을 따라 전압지령이 변동하므로, 인버터의 최대전압을 출력할 수 있는 6-스텝 운전이 불가능하다는 것을 알 수 있다. 인버터의 6-스텝 운전이란, 3상 인버터에서 출력의 한주기에 6개의 균등한 스위칭 구간이 존재하도록 제어하는 것을 말하는 것으로서, 6-스텝 운전의 경우에 인버터 최대전압이 출력된다.
스위칭 상태 유지 과변조의 경우, 도 5 및 도 7의 (b)를 참조로 하면, 과변조 상태에서 불연속 전압지령이 생성되고, 최종적으로 전압제한선 육각형의 6개의 꼭지점으로 전압지령을 수정할 수 있으므로, 6스텝 운전이 가능하게 된다.
따라서, 본 발명의 일실시예의 인버터 제어장치는, 스위칭 상태 유지 과변조의 특성을 이용하여, 과변조 구간에서 선형성을 확보할 수 있도록 종래 스위칭 상태 유지 과변조를 변형하는 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예의 인버터 제어장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 제어장치는, 인버터(1)를 제어하기 위한 것으로서, 변조지수 수정부(10), 과변조 전압지령 생성부(20) 및 전압지령 출력부(30)를 포함할 수 있다.
인버터(1)는 전원부(2)로부터 3상의 교류전원을 인가받아, 정류부(11)가 이를 정류하고, 평활부(12)는 정류부(11)가 정류한 직류전압을 평활하여 직류링크 전압으로 저장할 수 있다.
인버터부(13)는 평활부(12)에 저장된 직류링크 전압을 PWM 제어신호에 따라 소정 전압 및 주파수를 가지는 교류전압을 출력하여, 이를 전동기(3)에 제공할 수 있다. 인버터부(13)는 3상의 레그로 구성되며, 각 레그에는 2개의 스위칭 소자가 직렬로 연결되어 구성될 수 있다. 인버터부(13)에서 각 상의 스위칭 소자는 다양한 토폴로지로 구성될 수 있다.
이때 인버터부(13)에는 전동기(3)를 구동하기 위하여 전압지령이 인가될 수 있다. 이때 입력전원(2)의 크기에 따라 최대로 출력할 수 있는 전압의 크기가 제한되며, 전압지령 출력부(30)는, 상위 제어부(도시되지 않음)로부터 전압지령 수신하여, 전압지령이 전압제한선 내부인 경우(즉, 변조지수가 0.9067 이하인 경우), 전압지령에 해당하는 펄스폭변조(PWM) 제어신호를 인버터(1)로 출력할 수 있다. 인버터(1)는 전압지령 출력부(30)로부터 수신되는 PWM 제어신호에 따라 인버터부(13)의 스위칭을 수행하여, 교류전압을 전동기(3)로 출력할 수 있다.
상위 제어부(도시되지 않음)로부터 제공되는 전압지령이 전압제한선 외부인 경우(즉, 변조지수가 0.9067 이하인 경우), 인버터(1)는 과변조 구간에서 동작하게 된다.
예를 들어, 초기 전압지령의 변조지수가 0.95인 상황인 경우를 가정한다. 변조지수는
Figure 112018053532898-pat00015
에 의해 구할 수 있으며, 초기 전압지령의 크기와 인버터(1)의 직류단 전압의 크기를 이용하여 구할 수 있다.
도 6의 (b)를 참조로 하면, 이때의 스위칭 상태 유지 과변조 성능은 출력전압 변조지수가 0.935를 나타내기 때문에 전압지령의 변조지수보다 약 0.015 정도 작게 된다. 즉, 출력전압의 변조지수가 전압지령의 변조지수와 동일하지 않기 때문에 선형성이 확보되지 않는 것이다. 만약, 실제 변조지수가 0.95인 전압지령 대신 가상으로 변조지수가 0.989인 전압지령을 인가하면, 인버터(1)의 출력전압의 변조지수는 0.95가 되므로 전압지령의 변조지수와의 선형성이 확보된다.
즉, 전압지령의 변조지수가 0.95인 경우, 인버터가 출력하는 출력전압 변조지수 또한 0.95인 경우 선형성이 확보되는데, 이를 위해, 본 발명의 일실시예에 의하면 전압지령의 변조지수를 0.95 대신 0.989로 수정하여 인버터에 제공할 수 있다. 이에 의해, 출력전압의 변조지수가 0.95가 되어 실제 전압지령의 변조지수와 일치하게 된다.
즉, 본 발명의 일실시예의 변조지수 수정부(10)는, 최초 전압지령의 변조지수를 수정하여, 가상의 수정된 전압지령 변조지수를 출력할 수 있다. 이때 변조지수 수정부(10)는 변조지수를 수정하기 위해, 입력되는 최초 전압지령 대비 출력전압의 변조지수를 선형적으로 출력하기 위한 수정 변조지수를 테이블로 저장할 수 있다. 표 1는 수정 변조지수의 일예이다.
초기 전압지령 변조지수 수정 전압지령 변조지수
0.9067 0.9067
0.9233 0.9291
0.9317 0.9440
0.9402 0.9621
0.9487 0.9833
0.9548 1.001
0.959 1.016
0.9655 1.041
0.9704 1.063
0.9756 1.092
0.9797 1.119
0.9836 1.151
0.9869 1.182
0.9895 1.214
0.9915 1.242
0.9932 1.274
0.995 1.312
0.996 1.341
0.997 1.375
0.9977 1.406
0.9981 1.423
0.9984 1.443
0.9988 1.473
0.9991 1.500
0.9993 1.521
0.9995 1.548
0.9996 1.574
0.9997 1.592
0.9998 1.627
0.9999 1.635
1 1.7
위 표 1에서는 31개의 지점을 선정하여 구현하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상하한을 참조로 그 사이값의 경우 적절하게 선정될 수 있을 것이다.
변조지수 수정부(10)에 의해 초기 전압지령의 변조지수가 수정되면, 수학식 2를 통해 전압지령의 크기가 수정될 수 있다.
과변조 전압지령 생성부(20)는 수정된 전압지령의 크기를 이용하여, 수정된 전압지령이 전압제한선으로 제한되도록 과변조된 전압지령을 생성할 수 있다. 즉, 수정 전압지령 중 최대값과 중간값 간의 차이가 중간값과 최소값의 차이보다 크면, 최대값을 양의 직류단 전압으로 결정하게 되고, 이에 의해 스위칭 상태를 최대한 유지할 수 있다. 반대의 경우에는 수정 전압지령의 최소값을 음의 직류단 전압으로 결정해서 스위칭 상태를 유지할 수 있게 된다. 다만, 본 발명의 과변조 전압지령 생성부(20)가 생성하는 과변조 전압지령이 스위칭 상태 유지 과변조에 의해 전압지령을 과변조하는 것에 한정되는 것은 아니며, 최소거리 과변조에 의해서도 전압지령을 과변조하여 출력할 수 있을 것이다.
전압지령 출력부(30)는, 위에서 설명한 바와 같이, 상위 제어부(도시되지 않음)로부터 수신하는 초기 전압지령이 전압제한선 내부인 경우(즉, 변조지수가 0.9067 이하인 경우), 해당 초기 전압지령에 해당하는 펄스폭변조(PWM) 제어신호를 인버터(1)로 출력할 수 있다. 인버터(1)는 전압지령 출력부(30)로부터 수신되는 PWM 제어신호에 따라 인버터부(13)의 스위칭을 수행하여, 교류전압을 전동기(3)로 출력할 수 있다.
또한, 전압지령 출력부(30)는 상위 제어부(도시되지 않음)로부터 수신하는 초기 전압지령이 전압제한선 외부인 경우(즉, 변조지수가 0.9067 이상인 경우)에는, 변조지수 수정부(10)에 의해 수정된 변조지수를 이용하여 수정된 전압지령(수정 전압지령)을 과변조하여 과변조 전압지령 생성부(20)가 과변조 전압지령을 생성하고, 전압지령 출력부(30)는 과변조 전압지령에 해당하는 펄스폭변조(PWM) 제어신호를 인버터부(13)로 출력할 수 있다. 인버터(13)는 전압지령 출력부(30)로부터 수신되는 PWM 제어신호에 따라 복수의 스위칭소자의 스위칭을 수행하여, 교류전압을 전동기(3)로 출력할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예의 인버터 제어장치에 의해 출력전압 변조지수의 성능을 확인하기 위한 일예시도이다.
도 9에서, 9A는 선형성 기준선, 9B는 종래의 스위칭 상태 유지 과변조에 의한 전압지령 변조지수 대비 출력전압의 변조지수, 9C는 본 발명의 일실시예에 따른 전압지령 변조지수 대비 출력전압의 변조지수를 나타낸다. 도면에서, 9A와 9C가 동일한 궤적을 보이는 것이어서 겹쳐 도시되어 있음을 확인할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따라 출력되는 전압의 변조지수가 선형성 기준선과 동일해지므로, 인버터의 출력전압의 선형성이 확보됨을 알 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 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 인버터 2: 입력전원
3: 전동기 11: 정류부
12: 평활부 13: 인버터부
10: 변조지수 수정부 20: 과변조 전압지령 생성부
30: 전압지령 출력부

Claims (8)

  1. 복수의 스위칭소자를 포함하고, 직류단 전압을 수신하여 상기 스위칭소자의 스위칭에 의해 3상의 교류의 출력전압을 생성하는 인버터부;
    초기 전압지령이 전압제한선 내부인 경우, 상기 초기 전압지령에 해당하는 펄스폭변조(PWM) 제어신호를 상기 인버터부의 스위칭소자에 제공하는 전압지령 출력부;
    상기 초기 전압지령이 전압제한선 외부인 경우, 상기 초기 전압지령의 변조지수를 수정하는 변조지수 수정부; 및
    수정된 변조지수에 의해 수정된 초기 전압지령(수정 전압지령)을 상기 전압제한선으로 제한하여 과변조된 전압지령(과변조 전압지령)을 생성하는 과변조 전압지령 생성부를 포함하고,
    상기 전압지령 출력부는, 상기 초기 전압지령이 전압제한선 외부인 경우, 상기 과변조 전압지령에 해당하는 PWM 제어신호를 상기 인버터부의 스위칭소자에 제공하고,
    상기 과변조 전압지령 생성부는,
    전압제한선을 벗어난 상기 수정 전압지령에 대해, 상기 인버터부의 PWM 스위칭상태를 유지하는 방식으로 과변조 전압지령을 생성하고,
    상기 과변조 전압지령 생성부는,
    상기 수정 전압지령 중 최대값과 중간값 간의 차이가 중간값과 최소값의 차이보다 크면, 상기 수정 전압지령의 최대값을 양의 직류단 전압으로 결정하고, 상기 수정 전압지령 중 최대값과 중간값 간의 차이가 중간값과 최소값의 차이보다 작거나 같으면, 상기 수정 전압지령의 최소값을 음의 직류단 전압으로 결정하여 상기 과변조 전압지령을 생성하는 인버터 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변조지수 수정부는,
    상기 과변조 전압지령에 의해 출력되는 상기 인버터부의 출력전압의 변조지수가 상기 과변조 전압지령의 변조지수와 선형이 되도록, 상기 초기 전압지령의 변조지수를 수정하는 인버터 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수정 전압지령은, 아래의 식에 의해 결정되는 인버터 제어장치.
    Figure 112020022694874-pat00016

    (m은 수정된 초기 전압지령의 변조지수이고,
    Figure 112020022694874-pat00027
    는 초기 전압지령이고, Vdc는 직류단 전압임)
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 변조지수 수정부는,
    상기 초기 전압지령의 변조지수를 아래 표와 같이 수정하는 인버터 제어장치.
    Figure 112018053532898-pat00017
  7. 제1항에 있어서, 상기 전압제한선은,
    인버터의 입력전원의 크기에 따라 상기 인버터부가 최대로 출력할 수 있는 전압의 한계선인 인버터 제어장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전압제한선은, 육각형 형상인 인버터 제어장치.
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