KR102207375B1 - 동기기용 조절 시스템 및 동기기의 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동기기의 회전자 고정된 좌표계에서 조절되는 유효 전류값들로부터의 다수의 상이한 2-튜플의 각각에 대해, 극 축 방향으로 동기기의 회전자 인덕턴스와 극 갭 방향으로 동기기의 회전자 인덕턴스 사이의 차이 값을 결정하는 단계, 결정된 차이 값에 대한 특성 다이어그램을 유효 전류값의 2-튜플에 따라 준비하는 단계, 결정될 작동점 궤도에 따라 결정되는 차이 값의 크기를 고려해서 유효 전류값의 2-튜플에 대한 토크 의존 작동점 궤도를 결정하는 단계, 및 결정된 작동점 궤도에 따라 동기기를 작동시키는 단계를 포함하는 동기기의 작동 방법에 관한 것이다.

Description

동기기용 조절 시스템 및 동기기의 작동 방법{CONTROL SYSTEM FOR A SYNCHRONOUS MACHINE AND METHOD FOR OPERATING A SYNCHRONOUS MACHINE}
본 발명은 동기기용 조절 시스템 및 동기기의 작동 방법에 관한 것이다.
예를 들면 전기로 작동되는 차량의 전기 구동 시스템 내의 동기기를 조절할 때 동기기의 고정자에 대한 회전자의 상대 위치를 아는 것이 중요하다. 동기기에 의해 필요한 토크를 제공하기 위해, 동기기의 고정자 내에, 회전자와 동기로 회전하는 회전 전기장이 발생한다. 상기 전기장을 발생시키기 위해, 회전자의 현재 각이 조절에 필요하다.
회전자 각도를 결정하기 위한 가능성은 테스트 전압 신호를 동기기의 하나 또는 다수의 위상 내로 공급하고, 동기기의 중성점 내의 상전류의 평가에 의해 시스템 응답을 측정하여, 그로부터 현재 회전자 각도를 추정하는 것이다.
예를 들면, 공보 WO 2009/136381 A2는 펄스폭 변조된 위상 제어의 클록 패턴의 시프트에 의해, 중성점에서 전압을 측정하는 측정 주기가 최적화되는, 동기기의 회전자 각도 결정 방법을 개시한다. 3상 기계용 예시적인 테스트 신호 삽입법은 Linke, M 등: "Sensorless speed and position control of synchronous machines using alternating carrier injection", Electric Machines and Drives Conference, IEMDC 2003, IEEE International에 제시되어 있다. 공보 DE 10 2006 046 638 A1은 동기기의 회전자의 위상 위치 정보를 결정하기 위한 다른 테스트 신호 방법을 개시한다.
상기 엔코더리스(encoderless) 방법들 중 많은 방법은 여러 시스템 응답들로부터 회전자 위치 정보를 얻기 위해 동기기의 이방성을 이용하는 위상 변이된 전압 펄스의 공급에 기초한다. 동기기의 유효 전류에 따라, 특정 작동점들에서 상기 이방성의 감소가 나타나므로, 회전자 위치 정보는 측정값들로부터 추출될 수 없거나 또는 적어도 확실히 추출될 수 없다. 따라서, 엔코더리스 방법의 사용 범위를 넓히기 위해, 회전자 각도를 결정하기 위한 방법의 신뢰도 및 안정성에 대한 개선된 경계 조건을 제공할 수 있는 동기기 제어의 해결책이 필요하다.
본 발명의 과제는 동기기에 대한 엔코더리스 회전자 각도 결정 방법의 사용 범위를 넓히는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 동기기의 작동 방법 및 청구항 제 6 항에 따른 동기기용 조절 시스템에 의해 해결된다.
본 발명은 하나의 양상에 따라, 동기기의 회전자 고정된 좌표계에서 조절되는 유효 전류값들로부터의 다수의 상이한 2-튜플의 각각에 대해, 극 축 방향으로 동기기의 회전자 인덕턴스와 극 갭 방향으로 동기기의 회전자 인덕턴스 사이의 차이 값을 결정하는 단계, 결정된 차이 값에 대한 특성 다이어그램을 유효 전류값들의 2-튜플에 따라 준비하는 단계, 결정될 작동점 궤도에 따라 결정되는 차이 값의 크기를 고려해서 유효 전류값들의 2-튜플에 대한 토크 의존 작동점 궤도를 결정하는 단계, 및 결정된 작동점 궤도에 따라 동기기를 작동시키는 단계를 포함하는 동기기의 작동 방법을 제공한다.
다른 양상에 따라 본 발명은 동기기에 대한 필드 지향 조절을 실시하도록 설계된 조절 장치, 및 본 발명에 따른 방법에 따라 조절 장치의 필드 지향 조절을 위한 작동점 궤도를 결정하도록 설계된 제어 장치를 포함하는 동기기용 조절 시스템을 제공한다.
본 발명의 사상은 특히 낮은 회전 속도에서 동기기용 엔코더리스 회전자 각도 결정 방법의 사용 범위를 넓히는 것이다. 본 발명은 동기기의 작동점 궤도의 매칭에 의해, 엔코더리스 회전자 각도 결정 방법으로 발생되어 결정된 시스템 응답의 진폭이 커짐으로써, 회전자 각도 결정 방법의 신뢰도 및 정확도가 개선될 수 있다는 사실에 기초한다. 이를 위해, 동기기의 작동점 궤도는 회전자 고정된 좌표계에서 동기기의 d-인덕턴스와 q-인덕턴스 간의 차이가 가급적 크도록 조절된다. 동기기의 작동점 궤도의 결정은 미리 결정되는 특성 다이어그램에 의해, 시스템 응답들의 진폭들이 등고선으로서 도시된 회전자 고정된 좌표계에서 유효 전류값의 모든 가능한 2-튜플을 통해 이루어진다. 동기기의 효율과 동기기의 d-인덕턴스와 q-인덕턴스 사이의 가능한 큰 차이 간의 밸런싱에 의해, 작동점 궤도가 회전자 각도 결정의 정확도와 동기기 작동의 효율 간의 절충으로서 정해질 수 있다.
상기 조치의 중요한 장점은 동기기에 대한 회전자 각도 결정 방법의 사용 범위가 넓어질 수 있다는 것이다. 예를 들면, 더 큰 토크의 범위에서 동기기의 포화가 유효 전류에 의해 상응하게 떨어질 수 있기 때문에, 회전자 위치 정보의 중요성이 커진다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따라, 극 축 방향으로 동기기의 회전자 인덕턴스와 극 갭 방향으로 동기기의 회전자 인덕턴스 간의 차이 값의 결정은 작동 주파수를 가진 다수의 테스트 전압 펄스의 발생 단계, 동기기의 회전자의 완전한 일 회전에 걸쳐 분포된, 동기기의 회전자의 회전자 위치에 대한 상이한 위상 오프셋을 가진 다수의 테스트 전압 펄스의 공급 단계, 다수의 공급된 테스트 전압 펄스에 대한 시스템 응답으로서 동기기의 상전류의 측정 단계, 차이값을 결정하기 위해 조절된 위상 오프셋에 따라 측정된 상전류의 상전류 프로파일의 진폭의 결정 단계, 그리고 동기기의 회전자 고정된 좌표계에서 조절된 유효 전류값들로부터의 다수의 상이한 2-튜플의 각각에 대해 상기 발생 단계, 상기 공급 단계, 상기 측정 단계 및 상기 결정 단계를 반복하는 단계를 포함한다. 많은 회전자 각도 결정 방법은 동기기의 회전자 내로 테스트 신호의 공급에 기초한다. 이 방법에는 본 발명에 따른 방법이 특히 적합하다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에 따라, 동기기의 효율을 고려해서 작동점 궤도의 결정이 이루어질 수 있다. 이는 동기기의 효율적인 작동과 회전자 각도 결정 방법의 정확도의 개선 간의 밸런싱을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에 따라 작동점 궤도의 결정은 작동점 궤도를 따라 결정된 차이값이 가급적 작고 작동점 궤도를 따른 동기기의 효율이 미리 정해질 수 있는 한계치에 미달하지 않도록 이루어질 수 있다. 이로 인해, 작동점 궤도는 경계값 문제에서 가급적 간단히 최적화될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에 따라, 작동점 궤도의 결정은 작동점 궤도를 따른 유효 전류값의 전체 진폭이 가급적 작도록 이루어진다.
본 발명에 따른 조절 시스템의 일 실시예에 따라, 조절 시스템은 또한 조절 장치가 제어 장치의 결정된 작동점 궤도에 따라 작동되게 하도록 설계된 동기기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들의 다른 특징들 및 장점들이 첨부된 도면을 참고로 하는 하기 설명에 제시된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기기용 조절 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유효 전류값에 대한 동기기의 q-인덕턴스와 d-인덕턴스 간의 인덕턴스 차이의 의존도에 대한 개략적인 특성 다이어그램.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동기기의 작동점을 조절하기 위한 방법의 개략도.
동일한 도면 부호는 일반적으로 동일한 형태의 또는 동일하게 작용하는 부품들을 나타낸다. 도면에 도시된 개략적인 신호 및 파라미터 프로파일들은 명확히 나타낼 목적으로 이상적으로 도시된 예시적인 특성이다. 실제로는 경계 조건의 차이로 인해 다른 신호 및 파라미터 프로파일들이 주어질 수 있고, 도시된 신호 및 파라미터 프로파일들은 본 발명의 원리 및 기능적 양상을 나타내기 위해서만 사용된다.
본 발명의 의미에서 동기기는 전기 기계이며, 상기 전기 기계에서 일정하게 자화된 회전자는 주변 고정자 내의 시간에 따른 회전 자장으로 인해 자기적 상호 작용에 의해 동기로 구동되므로, 회전자는 고정자 내의 전압비에 대해 동기인 운동을 한다. 즉, 회전 속도가 극 쌍 수를 통해 고정자 전압의 주파수에 의존한다. 본 발명의 의미에서 동기기는 예를 들면 회전자 및 고정자를 포함하는 외극 또는 내극 기계로서 형성된 회전류 동기기일 수 있다. 또한, 본 발명의 의미에서 동기기는 돌극기 또는 비돌극기를 포함할 수 있다. 비돌극기는 회전자의 축과 무관한 인덕턴스를 갖는 한편, 돌극기는 d-축이라고도 하는 두드러진 극 축을 가지며, d-축의 방향에서 작은 에어 갭으로 인해 메인 인덕턴스가 q-축이라고도 하는 극 갭의 방향에서보다 더 크다. 하기에 언급되는 방법 및 제어 장치는 비돌극기 및 돌극기에 원칙상 동일하게 사용될 수 있고, 이하에서는 동기기 타입들의 상이한 핸들링이 명확히 제시된다.
도 1은 회전류를 동기기(5b)에 공급하는 인버터(5a)를 구비한 전기 구동 유닛(5)용 조절 시스템(10)의 개략도를 도시한다.
동기기(5b)는 예를 들면 3상 동기기일 수 있다. 그러나 기본적으로 동기기에는 다른 수의 위상이 제공될 수도 있다. 이 경우, 전기 구동 유닛(5) 내의 동기기(5b)의 조절은 중요한 역할을 한다. 동기기(5b)에 의해 필요한 토크를 제공하기 위해, 동기기의 고정자 내에 회전자와 동기로 회전하는 회전 전기장이 발생한다. 상기 전기장을 발생시키기 위해, 회전자의 현재 각의 조절이 필요하다.
조절 시스템(10)은 회전자 고정된 d, q-좌표계에서 구동 유닛의 동기기(5b) 또는 인버터(5a)의 필드 지향 조절을 실시하는 조절 장치(2)를 포함한다. 이를 위해, 조절 장치(2)에 설정 토크(Ts)가 공급되고, 상기 조절 장치(2)는 제 1 변환 장치(1)에 의해 제공되는 회전자 고정된 d, q-좌표계 내 순시 유효 전류값(Iq, Id)을 사용한다. 상기 제 1 변환 장치(1)는 이를 위해 동기기(5b)의 상전류(Ip)를 측정하고, 상전류(Ip)를 유효 전류값(Iq, Id)으로 변환한다.
조절 장치(2)는 동기기(5b)의 회전자 고정된 d, q-좌표계 내 제어 전압(Udq)을 제 2 변환 장치(4)로 전달하고, 상기 제 2 변환 장치는 상기 제어 전압(Udq)을 동기기(5b)용 위상 제어 전압(Up)으로 상응하게 변환시킨다. 제 1 변환 장치(1) 및 제 2 변환 장치(4)는 변환을 위해 동기기(5b)의 고정자에 대한 동기기(5b)의 회전자의 시간에 따른 회전자 각도(φo)를 사용한다. 상기 회전자 각도(φo)는 관측기(8; observer)에 의해 생성되고, 상기 관측기는 위치 센서(6)의 결정된 회전자 각도(φs) 및/또는 동기기(5b)의 측정된 시스템 응답에 따라 각도 추정 알고리즘(7)에 의해 결정되는 회전자 각도 차이(Δφ)를 사용할 수 있다.
위치 센서(6)는 예를 들면 동기기(5b)의 중성점에서 전압의 검출에 의해 동기기(5b)의 전기 작동 파라미터를 검출할 수 있다. 관측기(8)는 예를 들면 각도 관측(φo)의 지원 및 타당화를 위한 칼만-관측기, 루엔버거-관측기, 하우투스-관측기 또는 길버트-관측기를 포함할 수 있다.
각도 추정 알고리즘(7)을 제공하기 위해 조절 장치(2)와 제 2 변환 장치(4) 사이에 가산 소자(3)가 제공되고, 상기 가산 소자에 의해 예를 들면 특정 작동 주파수(ωc)의 테스트 전압 펄스들(ud, uq)이 제어 전압들(Udq)로 변조될 수 있다. 상기 테스트 전압 펄스들(ud, uq)은 제어 장치(9)에 의해 입력 단자(3a)에 공급될 수 있고, 상기 제어 장치(9)는 각도 추정 알고리즘(7)의 관측된 각도 차이를 수신할 수 있다.
그러나 조절 시스템(10)은 다른 모든 방식의 엔코더리스 회전자 각도 결정 방법에도 적합하다. 즉, 테스트 전압 펄스(ud, uq)의 공급에 대한 대안으로서, 시스템 응답의 측정을 가능하게 하는 다른 방법도 사용될 수 있다. 예를 들면, 적합한 시점에 중성점에서 전압의 측정에 의해 펄스 폭 변조된 위상 제어부에서 시스템 응답들이 회전자 각도 결정을 위해 사용될 수 있다. 회전자 각도 결정을 위해 테스트 신호 방법이 사용될 수도 있고, 높은 작동 주파수의 테스트 신호들이 제어 신호로 변조된다. 일반적으로 동기기(5b)의 극 축 방향으로 회전자 인덕턴스(Ld)와 극 갭 방향으로 회전자 인덕턴스(Lq) 간의 차이를 기초로 하는 모든 엔코더리스 결정 방법은 각도 차이를 평가하기 위해 각도 추정 알고리즘을 제공하기에 적합하다.
동기기(5b)의 시스템 응답은 특히 극 축 방향으로 회전자 인덕턴스(Ld)와 극 갭 방향으로 회전자 인덕턴스(Lq) 간의 차이에 영향을 주는 값을 가진 유효 전류에 의존한다. 영구 여기된 동기기의 길이 방향 전류(Id) 및 가로 방향 전류(Iq)는 극 축 방향으로 회전자 인덕턴스(Ld) 및 극 갭 방향으로 회전자 인덕턴스(Lq) 및 인가된 전압(Ud) 또는 (Uq)에 다음과 같이 의존한다:
Figure 112015088578444-pct00001
이는 동기기(5b)의 회전자의 각 속도(ωe), 옴 저항(R) 및 동기로 발생된 전압(up)에 적용된다. 또한, 극편(들)이 포화 상태로 작동되지 않는 것이, 즉 전류와 자속 간의 관계가 선형이며 각각의 인덕턴스가 전류 세기와는 무관하다는 것이 전제된다.
동기기(5b)의 유효 전류가 높을 때, 동기기(5b)의 회전자 코어의 포화의 진행이 나타날 수 있으므로, 전류와 자속 간의 관계가 비선형성을 갖는다. 특히, 회전자 고정된 좌표계 내의 유효 전류(Id, Iq)의 특정 2-튜플에서, 극 축 방향으로 회전자 인덕턴스(Ld)와 극 갭 방향으로 회전자 인덕턴스(Lq) 간의 차이가 사라지는 것이 나타날 수 있다. 중요한 측정값을 얻기 위해 상기 인덕턴스 차이에 의존하는 엔코더리스 회전자 각도 결정 방법들은 이러한 작동점들에서는 타당성을 잃을 수 있다.
이러한 회전자 각도 결정 방법들 중 예시적인 하나의 방법이 하기에 나타난다. 각도 에러(Δφ)를 결정하기 위해, 하기 테스트 신호[ud, uq]가 동기기(5b)에 인가된다:
Figure 112015088578444-pct00002
높은 주파수에 대한 동기기(5b)의 전기적 거동이 순수한 유도 부하로서 표시될 수 있기 때문에, 테스트 신호[ud, uq]에 대한 시스템 응답으로서 하기 전류 벡터[id, iq]가 주어진다:
Figure 112015088578444-pct00003
신호 처리에 의해 상기 전류로부터 각도 정보를 추출하기 위해, 동기기(5b)의 고정자 고정된 좌표계에서 측정된 상전류와 회전자 고정된 좌표계에서 전류 간의 관계가 필요하다. 동기기(5b)의 추정된 d-방향에 따라, 회전자 고정된 좌표계 내의 전류에 대해 하기 식이 주어진다:
Figure 112015088578444-pct00004
각도 차이 정보(Δφ)를 가진 소정 항을 회전자 고정된 좌표계에서 전류[id, iq]의 측정된 값들로부터 추출하기 위해, 고역 필터링, 작동 주파수(ωc)로 컨벌루션 및 후속하는 저역 필터링 후에, 각도 차이 정보(Δφ)를 포함하는 항이 얻어질 수 있다:
Figure 112015088578444-pct00005
쉽게 알 수 있는 바와 같이, 각도 차이 정보(Δφ)와 관련해서 측정된 상전류의 중요성은 인덕턴스 Lq 와 Ld 의 차이에 의존한다: 차이가 작을수록, 각도 차이(Δφ)의 결정이 더 부정확하다
상기 현상을 막기 위해, 인덕턴스 Lq 와 Ld 의 차이가 가급적 크도록, 즉 동기기(5b)가 가능한 한 높은 토크에서도 포화 상태로 작동되지 않도록, 동기기(5b)의 작동점을 선택하는 것이 바람직하다.
도 2는 유효 전류값(Iq 및 Id)에 대한 동기기의 q-인덕턴스와 d-인덕턴스 사이의 인덕턴스 차이의 의존도에 대한 개략적인 특성 다이어그램을 도시한다.
동기기(5b)의 작동점을 조절하기 위해, 도 1의 제어 장치(9)는 예를 들면 다수의 테스트 전압 펄스를 발생시킬 수 있고, 상기 테스트 전압 펄스를 동기기(5b)의 회전자의 완전한 일 회전에 걸쳐 분포된, 동기기(5b)의 회전자의 회전자 위치에 대한 상이한 위상 오프셋에 의해 제어 전압(Udq)으로 변조하고, 동기기(5b)의 상전류(Ip)를 다수의 제공된 테스트 전압 펄스에 대한 시스템 응답으로서 각도 추정 알고리즘(7)에 의해 측정하고, 측정된 상전류(Ip)의 상전류 프로파일의 진폭을 조절된 위상 오프셋에 따라 결정한다.
상기 단계들은 제어 장치(9)에 의해 동기기(5b)의 회전자 고정된 d, q-좌표계에서 조절된 유효 전류값들(Id 및 Iq)로부터의 다수의 상이한 2-튜플에 대해 각각 반복된다. 특성 다이어그램(K)은 유효 전류값(Id 및 Iq)의 2-튜플의 2차원 제공에 의해 발생된다. 도 2에서 예시적으로 유효 전류의 전체 진폭에 대한 정규화가 이루어졌지만, 정규화가 반드시 이루어져야 하는 것은 아니다.
상기 특성 다이어그램(K)에서, 시스템 응답의 결정된 진폭, 즉 인덕턴스들(Lq 및 Ld)의 차이가 예를 들면 등고선 ΔL1, ΔL2, ΔL3 및 ΔL4으로서 표시될 수 있다. 예를 들면 등고선 ΔL1은 적은 인덕턴스 차이를 나타내고, 등고선ΔL2 내지 ΔL4는 각각 일정하게 커지는 인덕턴스 차이를 나타낸다.
일반적으로 등고선 ΔL1, ΔL2, ΔL3 및 ΔL4는, 극 축 방향으로 동기기(5b)의 회전자 인덕턴스(Ld)와 극 갭 방향으로 동기기(5b)의 회전자 인덕턴스(Lq) 간의 차이 값이 동기기(5b)의 d, q-좌표계에서 조절된 유효 전류값들(Id 및 Iq)로부터의 다수의 상이한 2-튜플에 대해 결정되는 방식으로, 임의의 엔코더리스 회전자 각도 결정 방법에 의해 발생될 수 있다. 상기 차이 값들은 특성 다이어그램 K에서 등고선 ΔL1, ΔL2, ΔL3 및 ΔL4의 제공에 대한 기초로서 사용된다.
각각 미리 정해진 토크에 대해, 상이한 서브(sub) 조합이 각각의 점선 T1, T2 및 T3으로 표시된 바와 같이, 유효 전류값(Id 및 Iq)의 2-튜플로부터 선택될 수 있다. 토크 의존 작동점에 대해, 통상 MTPA-방법("maximum torque per ampere")에 따라 정해지는 작동점 궤도(A1)가 제공된다. 이 작동점 궤도(A1)에 따라 동기기(5b)의 최적 효율이 달성될 수 있다.
그러나 작동점 궤도(A1)의 프로파일로부터 나타나는 바와 같이, 상기 작동점 궤도가 대부분 예를 들면 ΔL1으로 표시된 영역 내에서 작은 인덕턴스 차이를 가진 작동점 영역을 통해 연장한다. 인덕턴스 차이에 기초하는 회전자 각도 결정 방법의 신뢰도 및 중요성을 개선하기 위해, 결정된 진폭의 크기를 고려하는, 유효 전류값(Id 및 Iq)의 2-튜플에 대해 다른 토크 의존 작동점 궤도(A2)가 결정될 수 있다. 이 경우, 동기기(5b)의 효율과 충분히 큰 인덕턴스 차이 간의 어느 정도의 트레이드오프가 감수되어야 한다.
예를 들면, 동기기(5b)의 효율을 고려해서 작동점 궤도(A2)가 제공될 수 있으므로, 상기 작동점 궤도(A2)를 따라 결정된 차이 값들이 가급적 작고 상기 작동점 궤도(A2)를 따른 동기기(5b)의 효율이 미리 정해질 수 있는 한계치에 미달하지 않는다. 또한, 상기 작동점 궤도(A2)를 따른 유효 전류값(Id 및 Iq)의 전체 진폭이 가급적 작다. 작동점 궤도(A2)는 도 2에서 단지 예시적인 특성이다. 동기기(5b)의 조절에 대한 요구에 따라 많은 다른 작동점 궤도들이 선택될 수 있다는 것은 명백하다. 예를 들면, 특성 다이어그램(K) 내의 등고선ΔL2는 결정될 작동점 궤도를 따를 수 있다.
도 3은 동기기, 특히 도 1에 예시적으로 도시된 동기기(5b)의 작동점을 조절하기 위한 방법(20)을 개략적으로 도시한다. 상기 방법(20)은 도 1 및 도 2와 관련한 설명과 관련될 수 있다.
먼저, 도면 부호 25로 표시된 단계 25에서, 동기기의 회전자 고정된 d, q-좌표계에서 조절된 유효 전류값들로부터의 다수의 상이한 2-튜플에 대해, 극 축 방향으로 동기기의 회전자 인덕턴스(Ld)와 극 갭 방향으로 동기기의 회전자 인덕턴스(Lq) 간의 차이 값이 결정된다.
이는 예를 들면 제 1 단계 21에서 작동 주파수를 가진 다수의 테스트 전압 펄스의 발생이 이루어짐으로써 달성될 수 있다. 단계 22에서, 동기기의 회전자의 완전한 일 회전에 걸쳐 분포된, 동기기의 회전자의 회전자 위치에 대한 상이한 위상 오프셋을 가진 다수의 테스트 전압 펄스가 공급될 수 있다. 그리고 나서, 단계 23에서 다수의 공급된 테스트 전압 펄스에 대한 시스템 응답으로서 동기기의 상전류가 측정될 수 있다. 끝으로, 단계 24에서 조절된 위상 오프셋에 따라 측정된 상전류의 상전류 프로파일의 진폭이 결정될 수 있다.
단계 21 내지 24는 동기기의 회전자 고정된 d, q-좌표계에서 조절된 유효 전류값들로부터의 다수의 상이한 2-튜플의 각각에 대해 반복될 수 있다.
단계 25에서 극 축 방향으로 동기기의 회전자 인덕턴스(Ld)와 극 갭 방향으로 동기기의 회전자 인덕턴스(Lq) 간의 차이 값이 어떻게 결정되는지와는 무관하게, 단계 26에서, 상기 결정된 차이 값에 대한 특성 다이어그램(K)이 유효 전류값들의 2-튜플에 따라 결정된다. 그리고 나서, 단계 27에서, 결정될 작동점 궤도에 따라 결정되는 진폭의 크기를 고려해서 유효 전류값들의 2-튜플에 대한 토크 의존 작동점 궤도의 결정이 이루어질 수 있다. 상기 결정된 토크 의존 작동점 궤도는 단계 28에서 동기기를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
2 조절 장치
9 제어 장치
5b 동기기
10 조절 시스템
A2 작동점 궤도

Claims (7)

  1. 동기기(5b)의 작동 방법(20)으로서,
    상기 동기기(5b)의 회전자 고정된 좌표계(d, q)에서 조절되는 유효 전류값들(Id; Iq)로부터의 다수의 상이한 2-튜플의 각각에 대해, 극 축 방향에서 상기 동기기(5b)의 회전자 인덕턴스(Ld)와 극 갭 방향에서 상기 동기기(5b)의 회전자 인덕턴스(Lq) 사이의 차이 값을 결정하는 단계(25);
    결정된 차이 값들(ΔL1;ΔL2; ΔL3; ΔL4)에 대한 특성 다이어그램(K)을 상기 유효 전류값들(Id; Iq)의 상기 2-튜플에 따라 준비하는 단계(26);
    결정될 작동점 궤도(A2)에 따라 결정되는 차이 값들의 크기를 고려해서 상기 유효 전류값들(Id; Iq)의 상기 2-튜플에 대한 토크 의존 작동점 궤도(A2)를 결정하는 단계(27); 및
    결정된 작동점 궤도(A2)에 따라 상기 동기기(5b)를 작동시키는 단계(28)를 구비하고,
    극 축 방향에서 상기 동기기(5b)의 회전자 인덕턴스(Ld)와 극 갭 방향에서 상기 동기기(5b)의 회전자 인덕턴스(Lq) 사이의 차이 값을 결정하는 단계(25)는,
    작동 주파수를 가진 다수의 테스트 전압 펄스의 발생 단계(21);
    상기 동기기(5b)의 상기 회전자의 완전한 일 회전에 걸쳐 분포된, 상기 동기기(5b)의 상기 회전자의 회전자 위치에 대한 상이한 위상 오프셋을 가진 다수의 테스트 전압 펄스의 공급 단계(22);
    다수의 공급된 테스트 전압 펄스에 대한 시스템 응답으로서 상기 동기기(5b)의 상전류의 측정 단계(23);
    상기 차이 값의 결정을 위해 조절된 위상 오프셋에 따라 측정된 상전류의 상전류 프로파일의 진폭의 결정 단계(24); 및
    상기 동기기(5b)의 회전자 고정된 좌표계(d, q)에서 조절된 유효 전류값들(Id; Iq)로부터의 다수의 상이한 2-튜플의 각각에 대해 상기 발생 단계(21), 상기 공급 단계(22), 상기 측정 단계(23) 및 상기 결정 단계(24)를 반복하는 단계를 구비하는 동기기의 작동 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 작동점 궤도(A2)의 결정 단계(27)는 상기 동기기(5b)의 효율을 고려해서 이루어지는, 동기기의 작동 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 작동점 궤도(A2)의 결정 단계(27)는 결정된 차이 값이 상기 작동점 궤도(A2)를 따라 최소이고, 상기 동기기(5b)의 효율이 상기 작동점 궤도(A2)를 따라 미리 정해질 수 있는 한계치에 미달하지 않도록 이루어지는, 동기기의 작동 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 작동점 궤도(A2)의 결정 단계(27)는 상기 작동점 궤도(A2)를 따른 상기 유효 전류값들(Id; Iq)의 전체 진폭이 최소로 이루어지는, 동기기의 작동 방법.
  6. 동기기(5b)용 조절 시스템(10)으로서,
    상기 동기기(5b)용 필드 지향 조절을 실시하도록 설계되는 조절 장치(2); 및
    제 1 항에 따른 방법에 따라 상기 조절 장치(2)의 상기 필드 지향 조절용 작동점 궤도(A2)를 결정하도록 설계되는 제어 장치(9)를 구비하는 조절 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 조절 장치(2)에 의해 상기 제어 장치(9)의 결정된 작동점 궤도(A2)에 따라 작동되게 하도록 설계되는 동기기(5b)를 더 구비하는 조절 시스템.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015211194A1 (de) 2015-06-18 2016-12-22 Robert Bosch Gmbh Steuerschaltung und Verfahren zum Plausibilisieren eines Rotorlagewinkels
KR101855764B1 (ko) * 2016-04-08 2018-05-09 현대자동차 주식회사 차량용 모터 제어 장치 및 방법
US9831808B1 (en) * 2016-07-20 2017-11-28 Semiconductor Components Industries, Llc Rotor position sensing system for three phase motors and related methods
DE102016220891A1 (de) 2016-10-24 2018-04-26 Robert Bosch Gmbh Regelsystem für eine Synchronmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Synchronmaschine
US9876452B1 (en) 2016-12-16 2018-01-23 Semiconductor Components Industries, Llc Rotor position sensing system for permanent magnet synchronous motors and related methods
DE102018222439A1 (de) 2018-12-20 2020-06-25 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer Rotorposition und elektrisches Antriebssystem
KR102578380B1 (ko) 2020-12-17 2023-09-13 주식회사 포스코 용강량 예측 장치 및 방법
DE102021006057A1 (de) 2021-01-26 2022-07-28 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Verfahren zum Bestimmen von unterschiedlichen Arbeitspunkten eines Elektromotors zugeordneten Werte einer physikalischen Größe des Elektromotors

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100763049B1 (ko) 2000-11-10 2007-10-02 오티스 엘리베이터 컴파니 인코더를 사용하지 않고 엘리베이터에서의 영구 자석 동기모터를 작동하기 위한 방법 및 장치

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10037972B4 (de) * 1999-08-05 2005-09-15 Sharp K.K. Vorrichtung und Verfahren zur Elektromotorsteuerung
US8217605B2 (en) * 2000-11-10 2012-07-10 Freescale Semiconductor, Inc. Motor controller for determining a position of a rotor of an AC motor, AC motor system, and method of determining a position of a rotor of an AC motor
US7161324B1 (en) * 2003-07-16 2007-01-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Device for estimating pole position of synchronous motor
ITMO20040218A1 (it) * 2004-08-31 2004-11-30 C A R E R Carrellificio Elettronico Metodo per il controllo di un motore sincrono a rotare avvolto.
KR100680778B1 (ko) * 2004-11-09 2007-02-08 현대자동차주식회사 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법
DE102006046638A1 (de) 2005-12-15 2007-06-21 Strothmann, Rolf, Dr.rer.nat. Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung der Drehlage des Rotors einer elektrischen Maschine
JP4716118B2 (ja) * 2006-03-29 2011-07-06 株式会社ジェイテクト モータ制御装置
EP2191564B1 (en) * 2007-08-20 2015-10-07 Freescale Semiconductor, Inc. Motor controller for determining a position of a rotor of an ac motor, ac motor system, and method of determining a position of a rotor of an ac motor
GB0808342D0 (en) 2008-05-08 2008-06-18 Trw Ltd Position sensorless motor control
KR101469993B1 (ko) * 2008-06-16 2014-12-05 현대자동차주식회사 전기자동차의 구동모터 제어방법
KR101005432B1 (ko) * 2008-08-29 2011-01-05 주식회사 동아일렉콤 토크 제어용 ｐⅰ제어기를 이용하여 유도전동기를 모델링하는 방법
CN102668361B (zh) * 2009-12-24 2014-11-05 株式会社安川电机 电动机控制装置及其磁极位置检测方法
KR101761740B1 (ko) * 2011-02-01 2017-07-26 삼성전자 주식회사 영구자석 동기모터의 인덕턴스 추정 장치 및 방법
KR101562419B1 (ko) * 2011-07-05 2015-10-22 엘에스산전 주식회사 매입형 영구자석 동기 전동기의 구동장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100763049B1 (ko) 2000-11-10 2007-10-02 오티스 엘리베이터 컴파니 인코더를 사용하지 않고 엘리베이터에서의 영구 자석 동기모터를 작동하기 위한 방법 및 장치

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