KR102318272B1 - 전기 모터에 전력을 공급하는 방법, 관련 컴퓨터 프로그램, 인버터 제어 장치 및 전기 회전 기계 - Google Patents

전기 모터에 전력을 공급하는 방법, 관련 컴퓨터 프로그램, 인버터 제어 장치 및 전기 회전 기계 Download PDF

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발레오 시스템므 드 꽁트롤르 모뙤르
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Abstract

본 발명은 위상 전류(iu, iv, iw)에 의해 규정된 전류 벡터를 회전시키는 방식으로 전압원(102)에 대한 위상의 전환식 접속을 포함한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 상기 전류 벡터의 적어도 1회전 중에, 하나 이상의 위상 각각에 대하여, 상기 회전의 일부분에서 상기 위상을 개로(open circuit)시키고 대응하는 위상 전류(iu, iv, iw)를 상쇄시키기 위해 상기 전압원으로부터 상기 위상을 분리하는 단계와, 상기 회전의 다른 부분에서 상기 전압원에 대해 상기 위상을 전환식으로 접속하는 단계를 또한 포함한다.

Description

전기 모터에 전력을 공급하는 방법, 관련 컴퓨터 프로그램, 인버터 제어 장치 및 전기 회전 기계{METHOD FOR SUPPLYING POWER TO AN ELECTRIC MOTOR, ASSOCIATED COMPUTER PROGRAM, INVERTER CONTROL DEVICE AND ELECTRICAL ROTATING MACHINE}
본 발명은 전기 모터에 전력을 공급하는 방법, 관련 컴퓨터 프로그램, 인버터 제어 장치 및 전기 회전 기계에 관한 것이다.
공개된 프랑스 특허 출원 FR 2 974 466에는 전기 모터의 회전축 주위에서 각각의 방향을 가진 위상을 포함하고 상기 회전축으로부터 시작하는 전류 벡터를 규정하는 각각의 위상 전류를 운반하도록 의도된 전기 모터에 전력을 공급하는 방법에 대하여 설명되어 있고, 이 방법은 전류 벡터를 회전시키기 위해 전압원에 위상을 전환식 접속(switched connection)하는 단계를 포함한다.
이 방법을 실행하기 위해, 제어 장치는 일반적으로 인버터가 전압을 각 위상에 교대로, 예를 들면, 직류 전압원에 의해 공급되는 전압과 그 반대 전압을 교대로 인가하는 전환 동작을 실행하도록 인버터를 제어하게끔 적응된다.
전기 모터의 위상이 독립적이기 때문에, 위상 전류의 합은 제로로 되지 않고, 그래서 단극 전류가 발생할 수 있다. 이제, 고전적인 다상 기계에 있어서, 위상들 간의 자기 결합은 매우 낮은 임피던스를 상기 단극 전류에 대비시키고, 그래서 고준위 리플이 나타난다. 이 리플은 모터의 회전자를 구동하는 회전 자계의 생성에 관여하지 못하고, 따라서 원치 않는 것이다.
그러므로 이러한 리플을 감소시키는 것이 요구된다. 더욱이, 인버터에서의 전환 동작에 의해 야기되는 손실을 감소시키는 것이 또한 요구된다.
전술한 문제점을 적어도 부분적으로 해결하기 위하여, 전기 모터의 회전축 주위에서 각각의 방향을 가진 위상을 포함하고 상기 회전축으로부터 시작하는 전류 벡터를 규정하는 각각의 위상 전류를 운반하도록 의도된, 전기 모터에 전력을 공급하는 방법으로서, 전류 벡터를 회전시키기 위해 전압원에 위상을 전환식 접속하는 단계를 포함한 방법에 있어서,
상기 위상을 전환식 접속하는 단계가, 상기 전류 벡터의 적어도 1회전 중에, 하나 이상의 위상 각각에 대하여,
- 상기 회전의 일부분 동안 상기 위상을 개로(open circuit)시키도록 상기 전압원으로부터 상기 위상을 분리하는 단계, 및
- 상기 회전의 다른 부분 동안 상기 전압원에 대해 상기 위상을 전환식 접속하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 제안된다.
선택사항으로, 상기 회전의 일부분 동안 분리하는 단계 및 상기 회전의 다른 부분 동안 접속하는 단계는 전기 모터의 모든 위상에 대하여 적용된다.
또한, 선택사항으로, 상기 위상의 방향에 대한 수직선은 상기 위상이 상기 전압원으로부터 분리되는 상기 회전의 일부분을 통과한다.
또한, 선택사항으로, 상기 위상이 상기 전압원으로부터 분리되는 상기 회전의 일부분은 분리 가능한 위상의 방향에 대한 수직선을 각각 통과시키는 2개의 별도의 부속부분(sub-part)을 포함한다.
또한, 선택사항으로, 한번에 하나의 위상만이 분리되어 위상을 개로시킨다.
또한, 선택사항으로, 상기 방법은 회전의 일부분 동안 적어도 하나의 위상 각각을 분리하기 위해서 및 상기 회전의 다른 부분 동안 상기 위상 또는 각각의 위상을 전환식으로 접속하기 위해서,
- 위상 전류의 측정치를 수신하는 단계와,
- 위상과 관련된 적어도 하나의 미리 정해진 각도 섹터에 속하는 측정된 위상 전류에 대응하는 전류 벡터를 결정하는 단계와,
- 상기 전류 벡터가 속하는 상기 미리 정해진 각도 섹터 또는 섹터들과 관련된 각 위상을 분리하는 단계와,
- 다른 위상 또는 위상들을 전환식으로 접속하는 단계를 더 포함한다.
또한, 선택사항으로, 상기 방법은 회전의 일부분 동안 적어도 하나의 위상 각각을 분리하기 위해서 및 상기 회전의 다른 부분 동안 상기 위상 또는 각각의 위상을 전환식으로 접속하기 위해서,
- 설정점 전류 벡터를 수신하는 단계와,
- 위상과 관련된 적어도 하나의 미리 정해진 각도 섹터에 속하는 상기 설정점 전류 벡터를 결정하는 단계와,
- 상기 설정점 전류 벡터가 속하는 상기 미리 정해진 각도 섹터 또는 섹터들과 관련된 각 위상을 분리하는 단계와,
- 다른 위상 또는 위상들을 전환식으로 접속하는 단계를 더 포함한다.
또한, 선택사항으로, 상기 방법은 회전의 일부분 동안 적어도 하나의 위상 각각을 분리하기 위해서 및 상기 회전의 다른 부분 동안 상기 위상 또는 각각의 위상을 전환식으로 접속하기 위해서,
- 위상 전류를 측정하는 단계와,
- 위상 전류의 상쇄 또는 비상쇄를 검출하는 단계와,
- 위상 전류가 상쇄된 경우 상기 위상 전류가 상쇄된 위상을 분리하고, 위상 전류가 상쇄되지 않은 경우 위상 전류가 상쇄된 최종 위상을 분리하는 단계와,
- 다른 위상 또는 위상들을 전압원에 전환식으로 접속하는 단계를 더 포함한다.
컴퓨터에 의해 실행될 때 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위해 전기 모터를 전압원에 접속하는 인버터의 컴퓨터에 의한 제어를 유발하는 코드 라인을 포함한 컴퓨터 프로그램이 또한 제안된다.
전기 모터를 전압원에 접속하는 인버터의 제어 장치가 또한 제안되고, 상기 전기 모터는 전기 모터의 회전축 주위에서 각각의 방향을 가진 위상을 포함하고 상기 회전축으로부터 시작하는 전류 벡터를 규정하는 각각의 위상 전류를 운반하도록 의도된 것이며, 상기 제어 장치는 상기 인버터가 상기 전류 벡터를 회전시키기 위해 상기 전압원에 대한 위상의 전환식 접속을 실행하도록 상기 인버터를 제어하도록 의도된 것이고, 상기 제어 장치는, 상기 전류 벡터의 적어도 1회전 중에, 하나 이상의 위상 각각에 대하여,
- 상기 회전의 일부분 동안 상기 인버터가 상기 위상을 개로시키도록 상기 전압원으로부터 상기 위상의 분리를 실행하도록 상기 인버터를 제어하고,
- 상기 회전의 다른 부분 동안 상기 인버터가 상기 전압원에 대한 상기 위상의 전환식 접속을 실행하도록 상기 인버터를 제어하게끔 또한 구성된 것을 특징으로 한다.
전기 회전 기계가 또한 제안되고, 상기 전기 회전 기계는,
- 전기 모터의 회전축 주위에서 각각의 방향을 가진 위상을 포함하고 상기 회전축으로부터 시작하는 전류 벡터를 규정하는 각각의 위상 전류를 운반하도록 의도된 전기 모터와,
- 전압원과,
- 상기 전기 모터의 위상에 전압원을 접속하도록 적응된 인버터와,
- 본 발명에 따른 제어 장치를 포함한다.
본 발명의 실시형태를 첨부 도면을 참조하면서 이하에서 설명한다.
도 1은 발명의 제1 실시형태에 따른 전기 회전 기계를 보인 도이다.
도 2는 도 1의 회전 기계에서 규정된 전류 벡터의 1회전 동안의 각도 섹터를 보인 도이다.
도 3은 도 1의 회전 기계에서 사용하는 전력 제공 방법의 흐름도이다.
도 4 내지 도 7은 원치않는 리플의 감소를 설명하기 위한 설정점 위상 전류 및 위상 전류 그래프이다.
도 8 내지 도 10은 발명의 다른 실시형태에서 사용하는 전력 제공 방법의 흐름도이다.
제1 실시형태
도 1: 전기 회전 기계(100)
본 발명에 따른 전기 회전 기계(100)를 도 1을 참조하면서 이하에서 설명한다. 도시된 예에서, 회전 기계(100)는 전압원으로부터 회전자를 회전 구동하기 위해 사용되지만(모터 기능), 본 발명은 발전기를 포함하고, 그 경우에 상기 회전 기계는 회전자의 회전에 의해 상기 전압원에 전기를 공급하는 것으로 의도된다.
전압원(102)
전기 회전 기계(100)는 먼저 전기 접지(M)와 관련하여 직류 전압(E)을 공급하도록 의도된 전압원(102)을 포함한다.
전기 모터(104)
전기 회전 기계(100)는 전기 모터(104)를 또한 포함한다. 전기 모터(104)는 고정자와, 회전축(A) 주위로 상기 고정자와 관련하여 회전하도록 의도된 회전자를 포함한다. 전기 모터(104)는 또한 상기 회전축(A)과 교차하는 평면에서 동일하게 분포된 방향을 갖고 그에 따라서 상기 교차 평면에서 120°만큼 서로로부터 분리된 3개의 위상(u, v, w)을 포함한다. 각각의 위상(u, v, w)은 2개의 한계를 갖는다. 위상(u, v, w)들은 독립적이다. 즉, 위상(u, v, w)들은 그들의 단자 중의 하나에 의해 서로 접속되지 않는다. 상기 위상(u, v, w)들은 각각의 위상 전류(iu, iv, iw)를 운반하도록 의도된다. 이들 위상 전류(iu, iv, iw)는 상기 회전축(A)과 교차하고 상기 회전축(A)에 수직한 평면에서 전류 벡터(i)를 규정한다. 더 구체적으로, 각각의 위상 전류(iu, iv, iw)는, 한편으로 방향에 의해, 위상 전류가 유입하는 위상(u, v, w)의 방향 및 다른 한편으로 기준(norm)에 의해, 상기 위상 전류(iu, iv, iw)의 값을 가진 위상 벡터를 규정한다. 상기 전류 벡터(i)는 그 다음에 상기 위상 벡터의 벡터 합으로서 규정된다. 상기 전류 벡터(i)는 회전자의 회전을 따르고, 따라서 회전자의 위치를 표시할 수 있다.
인버터(106)
회전 구동 시스템(100)은 전기 모터(104)의 각 위상(u, v, w)을 직류 전압원(102)에 전환 방식으로 접속하는 인버터(106)를 또한 포함한다. 인버터(106)는 위상(u, v, w)의 각 단자를 전압(E)에 대하여 또는 접지(M)에 대하여 전환 방식으로 접속 또는 분리하여 각 위상(u, v, w)에 전압(+E), 그 역전압(-E), 제로 전압을 선택적으로 인가하거나, 위상(u, v, w)을 개로시키도록 양 단자를 분리하여 위상(u, v, w)의 전류를 차단하는 것으로 의도된다. 인버터는 특히 위상(u, v, w)의 각 단자에 전압원(102)의 단자를 각각 접속하는 스위치들을 포함한다. 그러므로, 각 위상(u, v, w)에 대하여 H 브리지가 생성된다. 따라서, 3개의 위상(u, v, w)이 있는 것으로 설명한 실시형태에 있어서, 인버터(106)는 3개의 H 브리지와 12개의 스위치를 포함한다. 더욱이, 인버터(106)는 각 스위치와 병렬로 프리휠(freewhell) 다이오드를 포함한다.
센서(108)
회전 구동 시스템(100)은 또한 위상 전류(iu, iv, iw)를 측정하기 위한 센서(108)를 포함한다.
제어 장치(110)
회전 구동 시스템(100)은 전류 벡터(i)가 회전축(A) 주위에서 회전하게 하여 회전자를 고정자와 관련하여 회전시키기 위해 인버터(106)가 전압원(102)에 대한 위상(u, v, w)의 전환식 접속을 구성하게 하도록 인버터(106)를 제어하는 제어 장치(110)를 또한 포함한다.
여기에서 설명하는 실시형태에 있어서, 제어 장치(110)는 컴퓨터 프로그램이 저장되는 메모리(112) 및 상기 컴퓨터 프로그램을 실행시키는 처리 장치(114)를 포함한 컴퓨터(가끔은 "프로세서"라고 부른다)이다. 컴퓨터 프로그램은 제어 장치(110)에 의해, 즉 처리 장치(114)에 의해 실행될 때 뒤에서 도 3을 참조하여 설명하는 전기 모터(104)에 대한 전력 공급 방법의 각 단계를 실행하도록 제어 장치(110)가 인버터(106)를 제어하게 하는 명령어를 포함한다. 더욱이, 상기 메모리(112)에는 적어도 하나의 미리 정해진 각도 섹터와 미리 정해진 위상 간의 적어도 하나의 관계가 저장된다. 예를 들면, 각각의 각도 섹터는 각각의 각도 섹터가 커버하는 각도의 범위에 의해 상기 메모리(112)에서 표시된다.
도 2: 위상과 각도 섹터 간의 관계
메모리(112)에 저장된 상기 관계를 도 2를 참조하면서 이하에서 설명한다.
전류 벡터(i)의 회전(turn)은 동일 각도(π/3)인 6개의 각도 섹터(S1u, S2u, S1v, S2v, S1w, S2w)로 나누어지고 회전축(A)을 통과하는 위상의 방향에 대한 수직선(Pu, Pv, Pw)에 또는 위상들의 평면에서 중심이 맞추어진다. 각각의 위상(u, v, w)은 상기 위상(u, v, w)의 방향에 대한 상기 수직선(Pu, Pv, Pw)을 통과시키는 2개의 대향하는 각도 섹터(S1u, S2u 또는 S1v, S2v 또는 S1w, S2w)와 연관된다.
따라서, 위상(u)은 각도 섹터(S1u, S2u)와 연관되고, 위상(v)은 각도 섹터(S1v, S2v)와 연관되며, 위상(w)은 각도 섹터(S1w, S2w)와 연관된다.
각각의 각도 섹터(S1u, S2u, S1v, S2v, S1w, S2w)는 그 각도 섹터를 통과하는 수직선과 각각의 2개의 인접 수직선 간의 2개의 각도의 2개의 이등분선까지 연장한다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 각도 섹터(S1u)는 수직선(Pu)과 수직선(Pv) 간의 각도의 이등분선과 수직선(Pu)과 수직선(Pw) 간의 각도의 이등분선 사이에서 연장한다.
도 3: 전력 공급 방법(300)
전기 모터(104)에 대한 전력 공급 방법(300)을 도 3을 참조하면서 이하에서 설명한다.
단계 302 중에, 제어 장치(110)와 인버터(106)는 전류 벡터(i)가 다수의 회전, 예를 들면, 10000 회전 이상으로 회전하도록 전압원(102)에 대한 위상(u, v, w)의 전환식 접속을 구성한다.
이 단계(302)는 하기의 단계들을 포함하는 루프를 포함한다.
단계 304 중에, 제어 장치(110)는 센서(108)에 의해 공급된 측정된 위상 전류(iu, iv, iw)를 수신한다.
단계 306 중에, 제어 장치(110)는 상기 측정된 위상 전류(iu, iv, iw)로부터 전류 벡터(i)를 결정한다. 여기에서 설명하는 실시형태에 있어서, 제어 장치(110)는 축 X-Y의 정규직교 체제(orthonormal system)에서 전류 벡터의 좌표(iX, iY)를 결정한다.
단계 308 중에, 제어 장치(110)는 설정점 전류 벡터(i*)를 수신한다. 여기에서 설명하는 실시형태에 있어서, 상기 설정점 전류 벡터(i*)는 축 X-Y의 체제에서 그 좌표(iX*, iY*)에 의해 표시된다. 더욱이, 상기 설정점 전류 벡터(i*)는 "정상", 즉 뒤에서 설명하는 바와 같은 위상의 분리를 고려하지 않는다.
단계 310 중에, 제어 장치(110)는 전류 벡터(i)와 설정점 전류 벡터(i*) 간의 차(Δi)를 결정한다. 여기에서 설명하는 실시형태에 있어서, 제어 장치(110)는 축 X-Y의 체제에서 차(Δi X, Δi Y)를 결정한다.
다음 단계 312와 314는 단계 304 내지 310과 병행하여 실행된다.
단계 312 중에, 제어 장치(110)는 전류 벡터(i)가 메모리(102)에 저장된 각도 섹터(S1u, S2u, S1v, S2v, S1w, S2w) 중의 하나에 속하는지를 결정한다. 이를 위해, 제어 장치(110)는 예를 들면 전류 벡터(i)의 각도(θ)를 결정하고, 이 각도를 저장된 각도 섹터에 의해 커버되는 각도의 범위와 비교한다.
단계 314 중에, 제어 장치(110)는 전류 벡터(i)가 속하는 각도 섹터와 연관된 각각의 위상이 분리되어야 하는지를 결정한다. 다른 위상 또는 위상들, 즉 분리되는 것으로 결정되지 않은 위상 또는 위상들은 그에 따라서 "전환 방식으로 접속"되는 것으로 결정된다. 따라서, 각각의 위상에 대하여, 전류 벡터(i)가 그 위상과 연관된 각도 섹터에 속할 때, 그 위상은 분리 대상이고, 만일 전류 벡터(i)가 상기 위상과 연관된 각도 섹터를 빠져나오면, 그 위상은 "재접속", 즉 전환 방식의 접속 대상으로 된다. 여기에서 설명하는 실시형태에 있어서, 각도 섹터는 중복되지 않기 때문에, 한번에 하나의 위상만이 분리될 것이다. 위상이 분리될 때마다, 이전에 분리된 위상은 "재접속", 즉 전환 방식으로 접속된다.
단계 316 중에, 제어 장치(110)는 분리되지 않는 위상 또는 각각의 위상(즉, 전환 방식의 접속 대상으로 결정된 위상 또는 위상들)에 대하여, 설정점 위상 전압(Uu*, Uv* 또는 Uw*)을 예를 들면 차(Δi)로부터 결정한다. 그러므로, 여기에서 설명하는 실시형태에 있어서, 제어 장치(110)는 2개의 설정점 위상 전압을 결정한다. 예를 들어서, 만일 전류 벡터(i)가 위상(u)과 연관된 각도 섹터(S1u)에 속하면, 제어 장치(110)는 위상(u)이 분리되어야 한다고 결정하고 설정점 위상 전압(Uv*, Uw*)을 결정한다.
단계 318 중에, 제어 장치(110)는 커맨드(C)를 결정하고 상기 커맨드(C)를 인버터(106)에 전송한다. 커맨드(C)는 한편으로 각각의 분리 대상 위상을 분리시키고, 다른 한편으로 그 위상에 대하여 결정된 위상 전압 설정점을 (시간에 따른 평균으로) 인가하도록 전압원(102)에 대한 각각의 다른 위상의 전환식 접속을 구성하게끔 상기 인버터(106)에 지시하기 위한 것이다. 여기에서 설명하는 실시형태에 있어서, 각도 섹터는 중복되지 않기 때문에, 한번에 하나의 위상만이 분리된다. 예를 들어서, 만일 위상(u)이 분리 대상이면, 커맨드(C)는 그 위상(u)을 분리시키도록 상기 인버터(106)에게 지시한다.
단계 320 중에, 인버터(106)는 커맨드(C)를 적용하고 지시된 분리를 실행한다. 분리는 특히 위상의 단자에서 스위치의 개방에 반영된다. 만일 분리 대상의 위상이 아직 분리되지 않았으면, 위상 전류는 위상 전류가 상쇄되고 위상을 개로시킬(위상 전류가 0을 유지함) 때까지 프리휠 다이오드를 통해 흐른다.
만일 분리 대상의 위상이 이미 분리되었으면, 분리 수단의 실행은 이 분리를 유지하고 그에 따라서 위상 개방 회로를 유지한다.
따라서, 각각의 위상(u, v, w)은 전압원(102)으로부터 분리되어 메모리(112) 내의 상기 위상과 연관된 각도 섹터에 대응하는 회전의 일부분 동안 위상을 개로시킨다.
동일한 단계 320 중에, 인버터(106)는 커맨드(C)를 적용하고, 각 위상에 다른 전압, 예를 들면, +E 전압, -E 전압 또는 0 전압(위상의 2개의 접지 단자)을 교대로 적용하기 위해 필요한 전환식 접속을 구성한다. 전환은 일반적으로 1~20kHz의 고주파수로 실행된다.
따라서, 각각의 위상(u, v, w)은 회전의 다른 부분, 즉 메모리(112) 내의 상기 위상과 연관된 각도 섹터에 대응하지 않는 부분 동안 전압원(102)에 전환 방식으로 접속된다.
방법은 그 다음에 단계 304로 복귀한다.
도 4~7: 동작 설명
간단한 방식으로, 위상(u, v, w)의 각 단자에서의 전압(Uu, Uv, Uw) 및 위상 전류(iu, iv, iw)는 하기의 공식에 의해 관련된다.
Figure 112015112518132-pct00001
여기에서, M은 2개의 위상 간의 자기 결합이고 L은 위상의 누설 인덕턴스이다. 종래의 3상 모터에서는 L이 예를 들면 약 10의 인수만큼 M보다 훨씬 더 작다.
전압(Uu, Uv, Uw)과 단극 전류(3개의 위상 전류(iu, iv, iw)의 합) 간의 관계는 하기의 수학식으로 또한 나타낼 수 있다.
Figure 112015112518132-pct00002
만일 위상, 예를 들면 위상(w)이 분리되고 개로되면, 그 위상 전류는 0으로 되고, 그래서 상기 수학식은 아래와 같이 된다.
Figure 112015112518132-pct00003
더욱이, 분리된 위상의 단자에서의 전압은 인버터(106)에 의해 더 이상 강요되지 않고 하기의 관계로 주어진다.
Figure 112015112518132-pct00004
상기 2개의 수학식을 결합하면 비분리 위상 전류와 상기 위상들의 단자에서의 전압 간의 관계가 생성된다.
Figure 112015112518132-pct00005
iu+iv는 항상 0이 아니기 때문에, 단극 전류가 나타난다. 이 단극 전류는 위상 분리의 영향을 받지 않는 경우의 3L에 비하여 3L+M의 값을 가진 고 인덕턴스로 된다. M은 L보다 약 10배 더 크기 때문에, 인덕턴스는 위상 분리가 없는 경우에 비하여 10/3의 인수만큼 증배된다.
따라서, 적어도 하나의 위상의 분리는 각각의 분리된 위상에 대응하는 스위칭 동작이 회피되기 때문에 스위칭 손실을 감소시키는 것이 먼저 가능해진다. 더욱이, (3L+M)의 고 인덕턴스 덕분에, 단극 전류의 원치않는 리플이 감소된다.
더욱이, 위상이 분리되는 전류 벡터(i)의 회전 모멘트를 적절하게 선택하면 전기 모터(104)에 의해 공급되는 토크에서 분리의 영향을 제한할 수 있다. 더 구체적으로, 만일 전류 벡터(i)가 회전축(A)을 통과하는 위상에 대한 수직선(Pu, Pv, Pw) 위에 있고 상기 수직선 주위에는 거의 없으면, 위상(u, v, w)은 상기 토크에 기여하지 않는 것으로 알려져있다.
도 4는 일정한 토크에 대하여 설정점 전류 벡터(i*)를 설정점 위상 전류(iu*, iv*, iw*)의 형태로 보인 것이다. 설정점 위상 전류(iu*, iv*, iw*)는 정현파이고 그들의 상대 위상은 2π/3이다.
도 5는 위상(u, v, w)의 위상 전류(iu, iv, iw)를 보인 것이다. 이러한 위상 전류는 위상을 개로시키기 위해 위상의 분리 범위에 대응하는 0 전류 주기에 특징이 있다는 것을 이해할 것이다.
도 6은 분리가 이루어지지 않은 경우(이것은 통상의 상황임)에 위상 전류에서의 원치않는 리플을 보인 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 방법에 의해 생성된 위상 전류에서의 원치않는 리플을 보인 것이다. 리플의 진폭이 진정으로 감소되었음을 알 수 있다.
제2 실시형태
제2 실시형태에서는 분리 대상의 위상(u, v, w)을 결정하기 위해 (측정된) 전류 벡터(i) 대신에 설정점 전류 벡터(i*)가 사용된다.
이 실시형태에 있어서, 회전 기계(100)는 메모리(112)에 저장된 관계가 설정점 각도 섹터(즉, 제1 실시형태에서와 같이 (측정된) 전류 벡터(i)가 아닌 설정점 전류 벡터(i*)와 비교하는 것으로 의도되는 것)를 위상과 연관시킨다는 점을 제외하면 도 1에 도시된 것과 동일하다. 여기에서 설명하는 실시형태에 있어서, 상기 관계는 도 2에 도시된 것과 동일하다.
도 8: 전력 공급 방법(800)
도 8을 참조하면서 제2 실시형태에서 사용하는 전기 모터(104)에 전력을 공급하는 방법(800)에 대하여 이하 설명한다.
전력 공급 방법(800)은 하기의 사항을 제외하면 도 3에 도시된 것과 동일하다.
단계 312는 설정점 전류 벡터(i*)가 기저장된 설정점 각도 섹터 중의 하나에 속하는지를 제어 장치(110)가 결정하는 단계(802)로 교체된다.
단계 314는 설정점 전류 벡터(i*)가 속하는 설정점 각도 섹터와 연관된 위상이 분리되어야 하는지를 제어 장치(110)가 결정하는 단계(804)로 교체된다.
따라서, 설정점 전류 벡터(i*)의 각도가 일반적으로 전류 벡터(i)의 측정된 각도에 가깝기 때문에, 위상(u, v, w)은 도 2에 도시된 것과 실질적으로 동일한 각도 섹터 동안 분리된다.
제3 실시형태
제3 실시형태에서는 분리 대상의 위상(u, v, w)을 결정하기 위해 사용된 위상 전류(iu, iv, iw)가 상쇄된다.
이 실시형태에 있어서, 회전 기계(100)는 메모리(112)가 각도 섹터와 위상 간의 관계를 내포하지 않는다는 점을 제외하면 도 1에 도시된 것과 동일하다.
도 9: 전력 공급 방법(900)
도 9를 참조하면서 제3 실시형태에서 사용하는 전기 모터(104)에 전력을 공급하는 방법(900)에 대하여 이하 설명한다.
전력 공급 방법(900)은 하기의 사항을 제외하면 도 3에 도시된 것과 동일하다.
단계 312와 314는 하기의 단계 902 및 904로 교체된다.
단계 902 중에, 제어 장치(110)는 위상 전류의 상쇄를 검출한다.
단계 904 중에, 제어 장치(110)는 위상 전류가 상쇄된 위상이 분리 대상인지를 결정한다. 만일 위상 전류가 분리되지 않았으면, 단계 904 중에, 제어 장치(110)는 위상 전류가 상쇄된 최종 위상이 접속되어야 하는지, 즉 분리된 채로 유지되어 있는지 결정한다.
따라서, 위상을 분리시키는 때를 결정하는 이 방법에 의해, 위상은 도 2에 도시된 것과 실질적으로 동일한 각도 섹터 동안 분리된다.
제4 실시형태
제4 실시형태에서는 분리 대상의 위상을 결정하기 위해 사용되는 위상 전류의 값들이 서로 관련된다.
이 실시형태에 있어서, 회전 기계(100)는 메모리(112)가 각도 섹터와 위상 간의 관계를 내포하지 않는다는 점을 제외하면 도 1에 도시된 것과 동일하다.
도 10: 전력 공급 방법(1000)
도 10을 참조하면서 제4 실시형태에서 사용하는 전기 모터(104)에 전력을 공급하는 방법(1000)에 대하여 이하 설명한다.
전력 공급 방법(1000)은 하기의 사항을 제외하면 도 3에 도시된 것과 동일하다.
단계 312와 314는 하기의 단계 1002 및 1004로 교체된다.
단계 1002 중에, 제어 장치(110)는 설정점 위상 전류(iu*, iv*, iw*)의 절대치들을 비교한다. 설정점 위상 전류들은 예를 들면 위상(u, v, w)의 방향으로 설정점 위상 전류(i*)를 투영함으로써 획득된다.
단계 1004 중에, 제어 장치(110)는 최저 절대치를 가진 설정점 위상 전류를 운반하는 위상이 분리 대상인지를 결정한다.
상기 2개의 단계는 하기의 조건으로 요약될 수 있다: 만일 |iu*|<|iv*|이고 |iu*|<|iw*|이면 위상(u)이 분리 대상이고, 만일 |iv*|<|iu*|이고 |iv*|<|iw*|이면 위상(v)이 분리 대상이며, 만일 |iw*|<|iu*|이고 |iw*|<|iv*|이면 위상(w)이 분리 대상이다.
따라서, 위상을 분리시키는 때를 결정하는 이 방법에 의해, 위상은 도 2에 도시된 것과 실질적으로 동일한 각도 섹터 동안 분리된다.
본 발명은 전술한 실시형태로 제한되는 것이 아니고 첨부된 특허 청구범위에 의해 규정되며, 본 발명의 범위는 이 기술에 숙련된 사람의 일반적인 배경 지식으로부터 도출될 수 있는 모든 수정예 및 대안적인 구성예를 포함하는 것으로 한다.
특히, 전기 모터는 3상 이상을 가질 수 있다.
더욱이, 인버터는 FR 2 938 711 및 FR 2 944 391의 출원에서 설명된 것과 같은 결합형 전원장치 및 충전 전기장치에 속할 수 있다.
더욱이, 위상이 분리되는 부분은 예를 들면 3상 이상을 포함하는 다상 시스템의 경우에 중복될 수 있다.
더욱이, 제1 실시형태에 있어서, 위상 전류는 센서 이외의 수단, 예를 들면 회전자의 위치에 기초하여 상기 전류들을 추정하는 장치에 의해 획득될 수 있다.
더욱이, 제어 장치는 컴퓨터 프로그램 대신에 여기에서 설명한 방법의 단계들을 실행하는 전용 전자 시스템을 포함할 수 있다.
추가로, 각각의 각도 섹터는 분리가 현저한 효과를 갖도록 적어도 1°의 각도를 갖는 것이 바람직하다.

Claims (11)

  1. 전기 모터(104)의 회전축(A)을 중심으로 각각의 방향을 갖는 위상부(u, v, w)(phase)를 포함하고, 상기 회전축(A)으로부터 시작하는 전류 벡터(i)를 규정하는 각각의 위상 전류(iu, iv, iw)를 캐리(carry)하도록 의도된 상기 전기 모터(104)에 전력을 공급하는 방법으로서,
    - 상기 전류 벡터(i)를 회전하게 하도록 하기 위해 전압원(102)에 상기 위상부(u, v, w)를 전환식 연결(switched connection)하는 단계(302)를 포함하고,
    상기 위상부(u, v, w)를 전환식 연결하는 단계는, 상기 전류 벡터(i)의 적어도 1회의 회전 동안, 하나 이상의 위상부(u, v, w) 각각에 대해,
    - 상기 회전의 일부분(part)에 걸쳐, 상기 위상부(u, v, w)를 개로(open circuit)시키기 위해 상기 전압원(102)으로부터 상기 위상부(u, v, w)를 연결해제하는 단계; 및
    - 상기 회전의 다른 부분에 걸쳐, 상기 전압원(102)에 상기 위상부(u, v, w)를 전환식 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 및
    상기 위상부(u, v, w)의 방향에 대한 수직선(Pu, Pv, Pw)은 상기 회전의 일부분을 통과하고, 상기 회전의 일부분에 걸쳐 상기 위상부(u, v, w)가 상기 전압원(102)으로부터 연결해제되는, 전기 모터(104)에 전력을 공급하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전의 일부분에 걸쳐 연결해제하는 단계 및 상기 회전의 다른 부분에 걸쳐 전환식 연결하는 단계는, 상기 전기 모터(104)의 모든 위상부(u, v, w)에 적용되는 것인, 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전의 일부분은 2개의 별도의 부속부분들(sub-parts)을 포함하고, 상기 회전의 일부분에 걸쳐 상기 위상부(u, v, w)가 상기 전압원(102)으로부터 연결해제되고, 상기 2개의 별도의 부속부분들 각각을 통해, 연결해제 가능한 상기 위상부(u, v, w)의 방향에 대한 수직선(Pu, Pv, Pw)을 통과시키는 것인, 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    한번에 하나의 위상부만이 연결해제되어 위상부를 개로시키는 것인, 방법.
  6. 전기 모터(104)의 회전축(A)을 중심으로 각각의 방향을 갖는 위상부(u, v, w)를 포함하고, 상기 회전축(A)으로부터 시작하는 전류 벡터(i)를 규정하는 각각의 위상 전류(iu, iv, iw)를 캐리(carry)하도록 의도된 상기 전기 모터(104)에 전력을 공급하는 방법으로서,
    - 상기 전류 벡터(i)를 회전하게 하도록 하기 위해 전압원(102)에 상기 위상부(u, v, w)를 전환식 연결(switched connection)하는 단계(302);
    회전의 일부분에 걸쳐 적어도 하나의 위상부(u, v, w)를 연결해제하고, 상기 회전의 다른 부분에 걸쳐 상기 적어도 하나의 위상부(u, v, w) 또는 상기 위상부(u, v, w) 각각을 전환식으로 연결하기 위해,
    - 상기 위상 전류(iu, iv, iw)의 측정치를 수신하는 단계(304);
    - 상기 위상부(u, v, w)와 연관된 적어도 하나의 미리 정해진 각도 섹터에 대한 상기 측정된 상기 위상 전류(iu, iv, iw)에 속하는 대응하는 전류 벡터(i)를 결정하는 단계(310);
    - 상기 전류 벡터(i)가 속하는 상기 미리 정해진 각도 섹터 또는 섹터들과 연관된 각각의 위상부(u, v, w)를 연결해제하는 단계(314, 318, 320); 및
    - 다른 위상부 또는 위상부들을 전환식 연결하는 단계(314, 318, 320)를 포함하고,
    상기 위상부(u, v, w)를 전환식 연결하는 단계는, 상기 전류 벡터(i)의 적어도 1회의 회전 동안, 하나 이상의 위상부(u, v, w) 각각에 대해,
    - 상기 회전의 일부분(part)에 걸쳐, 상기 위상부(u, v, w)를 개로(open circuit)시키기 위해 상기 전압원(102)으로부터 상기 위상부(u, v, w)를 연결해제하는 단계; 및
    - 상기 회전의 다른 부분에 걸쳐, 상기 전압원(102)에 상기 위상부(u, v, w)를 전환식 연결하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 전기 모터(104)의 회전축(A)을 중심으로 각각의 방향을 갖는 위상부(u, v, w)를 포함하고, 상기 회전축(A)으로부터 시작하는 전류 벡터(i)를 규정하는 각각의 위상 전류(iu, iv, iw)를 캐리(carry)하도록 의도된 상기 전기 모터(104)에 전력을 공급하는 방법으로서,
    - 상기 전류 벡터(i)를 회전하게 하도록 하기 위해 전압원(102)에 상기 위상부(u, v, w)를 전환식 연결(switched connection)하는 단계(302);
    상기 위상부(u, v, w)를 전환식 연결하는 단계는, 상기 전류 벡터(i)의 적어도 1회의 회전 동안, 하나 이상의 위상부(u, v, w) 각각에 대해,
    - 상기 회전의 일부분(part)에 걸쳐, 상기 위상부(u, v, w)를 개로(open circuit)시키기 위해 상기 전압원(102)으로부터 상기 위상부(u, v, w)를 연결해제하는 단계; 및
    - 상기 회전의 다른 부분에 걸쳐, 상기 전압원(102)에 상기 위상부(u, v, w)를 전환식 연결하는 단계를 포함하고,
    회전의 일부분에 걸쳐 적어도 하나의 위상부(u, v, w) 각각을 연결해제하고, 상기 회전의 다른 부분에 걸쳐 상기 적어도 하나의 위상부(u, v, w) 또는 상기 위상부(u, v, w) 각각을 전환식으로 연결하기 위해,
    - 설정점(set point) 전류 벡터(i*)를 수신하는 단계(308);
    - 상기 위상부(u, v, w)와 연관된 적어도 하나의 미리 정해진 각도 섹터에 속하는 상기 설정점 전류 벡터(i*)를 결정하는 단계(802);
    - 상기 설정점 전류 벡터(i*)가 속하는 상기 미리 정해진 각도 섹터 또는 섹터들과 연관된 각각의 위상부(u, v, w)를 연결해제하는 단계(804, 318, 320); 및
    - 다른 위상부 또는 위상부들을 전환식 연결하는 단계(804, 318, 320)를 포함하는, 방법.
  8. 전기 모터(104)의 회전축(A)을 중심으로 각각의 방향을 갖는 위상부(u, v, w)를 포함하고, 상기 회전축(A)으로부터 시작하는 전류 벡터(i)를 규정하는 각각의 위상 전류(iu, iv, iw)를 캐리(carry)하도록 의도된 상기 전기 모터(104)에 전력을 공급하는 방법으로서,
    - 상기 전류 벡터(i)를 회전하게 하도록 하기 위해 전압원(102)에 상기 위상부(u, v, w)를 전환식 연결(switched connection)하는 단계(302);
    회전의 일부분에 걸쳐 적어도 하나의 위상부(u, v, w) 각각을 연결해제하고, 상기 회전의 다른 부분에 걸쳐 상기 적어도 하나의 위상부(u, v, w) 또는 상기 위상부(u, v, w) 각각을 전환식으로 연결하기 위해,
    - 상기 위상 전류(iu, iv, iw)를 측정하는 단계;
    - 위상 전류의 상쇄 또는 비상쇄를 검출하는 단계(902);
    - 위상 전류가 상쇄되었으면 상기 위상 전류가 상쇄된 위상부를 연결해제하는 단계(904, 318, 320)와, 위상 전류가 상쇄되지 않았으면 상기 위상 전류가 상쇄되었던 최종 위상부를 연결해제하는 단계(904, 318, 320); 및
    - 다른 위상부 또는 위상부들을 전압원(102)에 전환식 연결하는 단계(320)를 포함하고,
    상기 위상부(u, v, w)를 전환식 연결하는 단계는, 상기 전류 벡터(i)의 적어도 1회의 회전 동안, 하나 이상의 위상부(u, v, w) 각각에 대해,
    - 상기 회전의 일부분(part)에 걸쳐, 상기 위상부(u, v, w)를 개로(open circuit)시키기 위해 상기 전압원(102)으로부터 상기 위상부(u, v, w)를 연결해제하는 단계; 및
    - 상기 회전의 다른 부분에 걸쳐, 상기 전압원(102)에 상기 위상부(u, v, w)를 전환식 연결하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 컴퓨터에 의해 실행될 때, 제1항 또는 제2항에 기재된 방법을 구현하기 위해, 전압원(102)에 전기 모터(104)를 연결하는 인버터의 컴퓨터에 의한 제어를 유발하는 코드 라인을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
  10. 전압원(102)에 전기 모터(104)를 연결하는 인버터(106)의 제어 장치(110)로서, 상기 전기 모터(104)는 상기 전기 모터(104)의 회전축(A)을 중심으로 각각의 방향을 갖는 위상부(u, v, w)를 포함하고, 상기 회전축(A)으로부터 시작하는 전류 벡터(i)를 규정하는 각각의 위상 전류(iu, iv, iw)를 캐리하도록 구성되며, 상기 제어 장치(110)는 상기 인버터(106)를 제어하여, 상기 인버터(106)가 상기 전류 벡터(i)를 회전하게 하도록 하기 위해 상기 전압원(102)에의 위상부(u, v, w)의 전환식 연결을 초래하게 하도록 구성되고,
    상기 제어 장치(110)가 또한, 상기 전류 벡터(i)의 적어도 1회의 회전 동안, 하나 이상의 위상부(u, v, w) 각각에 대해,
    - 상기 회전의 일부분에 걸쳐, 상기 인버터(106)를 제어하여, 상기 인버터(106)가 상기 위상부(u, v, w)를 개로시키기 위해 상기 전압원(102)으로부터의 상기 위상부(u, v, w)의 연결해제를 초래하게 하도록;
    - 상기 회전의 다른 부분에 걸쳐, 상기 인버터(106)를 제어하여, 상기 인버터(106)가 상기 전압원(102)에의 상기 위상부(u, v, w)의 전환식 연결을 초래하게 하도록;
    - 상기 위상부(u, v, w)의 방향에 대한 수직선(Pu, Pv, Pw)은 상기 회전의 일부분을 통과하고, 상기 회전의 일부분에 걸쳐 상기 위상부(u, v, w)가 상기 전압원(102)으로부터 연결해제되도록 구성되는 것으로 특징되는, 전압원(102)에 전기 모터(104)를 연결하는 인버터(106)의 제어 장치(110).
  11. 회전 전기 기계(100)로서,
    - 전기 모터(104)의 회전축(A)을 중심으로 각각의 방향을 갖는 위상부(u, v, w)를 포함하고, 상기 회전축(A)으로부터 시작하는 전류 벡터(i)를 규정하는 각각의 위상 전류(iu, iv, iw)를 캐리하도록 구성된 상기 전기 모터(104);
    - 전압원(102);
    - 상기 전기 모터(104)의 위상부(u, v, w)에 상기 전압원(102)을 연결하도록 적응된 인버터(106); 및
    - 제10항에 기재된 제어 장치(110)를 포함하는, 회전 전기 기계(100).
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