KR102447329B1 - 유도전동기의 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지정된 슬립(slip) 값을 기준으로 유도전동기의 속도 및 전력을 제어하여 이를 기반으로 유도전동기가 구동될 수 있게 함으로써, 유도전동기의 작동 제어 방식이 스칼라 제어 형태로써 단순한 동시에 이를 프로그램화 하여 해당 프로그램의 조작 및 그를 통한 데이터 값들의 수정이 용이해져, 최소한의 전력 사용이 가능한 동시에 유도전동기들을 대상으로 넓은 적용 범위 및 동작 제어 범위를 갖는 기술을 제공하게 되는 유도전동기의 제어 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 유도전동기의 제어 방법은, (a)고정자의 자속 및 회전자의 회전속도 값이 제어부에 입력되는 단계와, (b)상기 제어부에서 상기 자속 및 회전속도 값을 비교하여 슬립(slip) 값을 측정하는 단계와, (c)상기 제어부에서, 측정된 슬립 값에 비례하도록 PWM duty를 조정하는 단계; 및 (d)상기 제어부에서, 조정된 PWM duty에 따라 지령속도를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 지정된 슬립(slip) 값을 기준으로 유도전동기의 속도 및 전력을 제어하여 이를 기반으로 유도전동기가 구동될 수 있게 함으로써, 유도전동기의 작동 제어 방식이 스칼라 제어 형태로써 단순한 동시에 이를 프로그램화 하여 해당 프로그램의 조작 및 그를 통한 데이터 값들의 수정이 용이해져, 최소한의 전력 사용이 가능한 동시에 유도전동기들을 대상으로 넓은 적용 범위 및 동작 제어 범위를 갖는 기술을 제공하게 되는 유도전동기의 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기 자동차(Electric Vehicle; EV)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말하며, 이러한 전기 자동차는 크게 전기 배터리만을 이용하는 전기 자동차 및 가솔린과 전기 배터리를 함께 사용하는 하이브리드 전기 자동차 그리고 연료전지 자동차를 포함한다.
전기 자동차용 전기 모터로는 직류 모터, 교류 모터를 모두 사용할 수 있으나, 최근에는 브러쉬리스 직류 모터(Blush-Less DC Motor), 유도 모터(Induction Motor) 내지 이들의 변형 형태가 주로 사용된다.
전기 자동차의 발전에 있어서, 배터리, 모터의 개발과 아울러 모터를 제어하는 방법이나 장치에 대한 기술 개발이 필요한데, 전기 자동차의 모터를 제어하는 방법이나 장치에 있어서는 가속 시 가속 특성, 소음, 전류 제어 등을 고려해야 한다.
한편, 유도 전동기에 대하여 회전자 자속 기준 간접벡터 제어를 수행하는 경우에 일반적으로 슬립 각속도를 조절하여 회전자 자속이 d축에만 존재하도록 제어한다. 이때, 슬립 각속도의 제어를 위해 회전자 시정수를 사용하게 된다. 유도 전동기의 회전자는 밀폐된 구조 속에 있어서 전류가 흐름에 따라 발생하는 열로 인해 온도 변동이 심하고, 온도의 편차로 인해 회전자 시정수의 오차가 발생하면 슬립 각속도가 부정확해져 정확한 벡터 제어를 수행할 수 없는 문제점이 발생하게 된다.
또한, 회전자 시정수가 정확하지 않게 되어 d와 q축 전류가 적절하게 분배되지 아니하는 디튜닝(Detuning) 현상이 발생한다.
특히, 전기 자동차의 모터 제어 장치의 경우에는 일반적으로 토크 제어를 수행하므로 속도 증가 패턴을 이용하여 디튜닝 현상을 줄이는 종래의 모터 제어 방법을 그대로 적용하기 어렵다.
상술한 이유 등에 의해서, 유도전동기에 대한 종래의 제어 방식은 그 수식이 복잡하고 따라서 비전문가의 접근이 사실상 불가능한 것이었다.
본 발명의 실시 예는 지정된 슬립(slip) 값을 기준으로 유도전동기의 속도 및 전력을 제어하여 이를 기반으로 유도전동기가 구동될 수 있도록 하는 유도전동기의 제어 방법 및 그 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 PWM_duty의 상수값 및 고정자 속도증감의 상수값만을 변경하여 유도전동기의 속도를 적합한 속도로 조정할 수 있는 동시에 이러한 적정 속도를 찾아가는 과정을 프로그램화 함으로써, 해당 기술의 전문가가 아니더라도 비교적 용이하게 조작하면서 유도전동기의 작동을 제어할 수 있도록 하는 유도전동기의 제어 방법 및 그 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 유도전동기의 작동 제어 방식이 단순한 동시에 이를 프로그램화 하여 해당 프로그램의 조작 및 그를 통한 데이터 값들의 수정이 용이하게 되며, 이를 통해 최소한의 전력 사용이 가능한 동시에 유도전동기들을 대상으로 넓은 적용 범위 및 동작 제어 범위를 제공하는 제어 기술을 제공하게 되는 유도전동기의 제어 방법 및 그 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 유도전동기의 제어 방법은, (a)고정자의 자속 및 회전자의 회전속도 값이 제어부에 입력되는 단계와, (b)상기 제어부에서 상기 자속 및 회전속도 값을 비교하여 슬립(slip) 값을 측정하는 단계와, (c)상기 제어부에서, 측정된 슬립 값에 비례하도록 PWM duty를 조정하는 단계; 및 (d)상기 제어부에서, 조정된 PWM duty에 따라 지령속도를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c)단계에서, 상기 제어부는 아래의 식
PWM_duty = PWM_duty - (상수값×(기준 slip값 - 측정된 slip값))을 통해 상기 PWM duty를 조정하는 것일 수 있다.
또한, 상기 (c)단계에서, 상기 제어부는 사전에 설정된 지령속도에 근접하도록 상기 고정자의 자속을 증가 또는 감소시키면서 슬립각을 비교하여, 상기 슬립 값에 따른 PWM duty 보상을 통해 기설정된 상기 지령속도에 현재의 지령속도가 근접되도록 하는 것일 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계에서, 상기 회전속도 값은 엔코더 값인 것일 수 있다.
그리고 본 발명의 실시 예에 따른 유도전동기의 제어 장치는, 입력되는 고정자의 자속 및 회전자의 회전속도 값을 비교하여 슬립(slip) 값을 측정한 다음, 측정된 슬립 값에 비례하도록 PWM duty를 조정 후 조정된 PWM duty에 따라 지령속도를 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유도전동기의 제어 장치는 상기 제어부에 상기 회전속도 값을 입력하는 엔코더 및 상기 제어부에 상기 고정자의 자속을 입력하는 자속 입력부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 아래의 식
PWM_duty = PWM_duty - (상수값×(기준 slip값 - 측정된 slip값))을 통해 상기 PWM duty를 조정하는 것일 수 있다.
또한, 상기 제어부는 사전에 설정된 지령속도에 근접하도록 상기 고정자의 자속을 증가 또는 감소시키면서 슬립각을 비교하여, 상기 슬립 값에 따른 PWM duty 보상을 통해 기설정된 상기 지령속도에 현재의 지령속도가 근접되도록 하는 것일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 지정된 슬립(slip) 값을 기준으로 유도전동기의 속도 및 전력을 제어하여 이를 기반으로 유도전동기가 구동될 수 있게 된다.
또한, PWM_duty의 상수값 및 고정자 속도증감의 상수값만을 변경하여 유도전동기의 속도를 적합한 속도로 조정할 수 있는 동시에 이러한 적정 속도를 찾아가는 과정을 프로그램화 함으로써, 해당 기술의 전문가가 아니더라도 비교적 용이하게 조작하면서 유도전동기의 작동을 제어할 수 있게 된다.
또한, 유도전동기의 작동 제어 방식이 단순한 동시에 이를 프로그램화 하여 해당 프로그램의 조작 및 그를 통한 데이터 값들의 수정이 용이하게 되며, 이를 통해 최소한의 전력 사용이 가능한 동시에 유도전동기들을 대상으로 넓은 적용 범위 및 동작 제어 범위를 제공하는 제어 기술을 제공하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도전동기의 제어 방법을 예시한 플로우챠트
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도전동기의 제어 장치를 예시한 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도전동기의 제어 장치를 예시한 구성도
이하의 본 발명에 관한 상세한 설명들은 본 발명이 실시될 수 있는 실시 예이고 해당 실시 예의 예시로써 도시된 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명의 실시에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 기재된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
따라서 후술되는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
발명에서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”, ＂…모듈“ 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유도전동기의 제어 방법 및 그 장치에 대해 설명한다.
설명에 앞서, 아래의 실시 예들은 본 발명에 따른 유도전동기의 제어 방법 및 그 장치가 전기 자동차에 적용되는 것을 예로 한 것이지만, 본 발명이 이에 한정되는 아님을 밝혀 둔다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도전동기의 제어 방법에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도전동기의 제어 방법을 예시한 플로우챠트
도시된 바와 같이, 단계(110)에서, 유도전동기의 고정자 자속 및 회전자의 회전속도 값이 제어부에 입력된다. 그리고 상기 회전속도 값은 엔코더 값일 수 있다.
단계(S120)에서, 상기 제어부에서 상기 자속 및 회전속도 값을 비교하여 슬립(slip) 값을 측정한다.
단계(S130)에서, 상기 제어부는 측정된 슬립 값에 비례하도록 PWM duty를 조정한다. 여기서, 제어부는 다음의 식 {PWM_duty = PWM_duty - (상수값×(기준 slip값 - 측정된 slip값))}을 통해 상기 PWM duty를 조정하는 것일 수 있다.
단계(S140)에서, 상기 제어부는 조정된 PWM duty에 따라 지령속도를 출력한다.
즉, 상기 제어부는 사전에 설정된 지령속도에 근접하도록 상기 고정자의 자속을 증가 또는 감소시키면서 슬립각을 비교하여, 상기 슬립 값에 따른 PWM duty 보상을 통해 기설정된 상기 지령속도에 현재의 지령속도가 근접되도록 하는 것이다.
다음은 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도전동기의 제어 장치에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도전동기의 제어 장치를 예시한 구성도이다.
설명에 앞서, 본 실시 예에 따른 유도전동기의 제어 장치는 상술한 도 1에 따른 유도전동기의 제어 방법을 수행하기 위한 장치에 해당되며, 이를 기능 중심으로 구분한 구성이고, 세부 구성은 공개된 기술들을 통해 여러 다양한 형태로 구현될 수 있음을 밝혀 둔다.
도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 유도전동기의 제어 장치는 제어부(10), 엔코더(20) 및 자속 입력부(30)를 포함하여 구성된다.
제어부(10)는 입력되는 유도전동기의 고정자 자속 및 회전자의 회전속도 값을 비교하여 슬립(slip) 값을 측정한 다음, 측정된 슬립 값에 비례하도록 PWM duty를 조정 후 조정된 PWM duty에 따라 지령속도를 출력하는 기능을 한다.
여기서, 제어부(10)는 다음의 식 {PWM_duty = PWM_duty - (상수값×(기준 slip값 - 측정된 slip값))}을 통해 상기 PWM duty를 조정하는 것일 수 있다.
즉, 제어부(10)는 사전에 설정된 지령속도에 근접하도록 유도전동기의 고정자 자속을 증가 또는 감소시키면서 슬립각을 비교하여, 슬립 값에 따른 PWM duty 보상을 통해 기설정된 상기 지령속도에 현재의 지령속도가 근접되도록 하는 것이다.
엔코더(20)는 제어부(10)에 상기 회전속도 값을 입력한다.
자속 입력부(30)는 제어부(10)에 유도전동기의 자속을 입력한다. 본 실시 예를 기준으로 부연 설명하면, 자속 입력부(30)는 전기 자동차의 속도계이거나, 이러한 속도계의 신호를 기반으로 자속을 측정/계산 및 입력하는 구성일 수 있다.
상술한 구성에 의해서, PWM_duty의 상수값 및 고정자 속도증감의 상수값만을 변경하여 유도전동기의 속도를 적합한 속도로 조정할 수 있는 동시에 이러한 적정 속도를 찾아가는 과정을 프로그램화 함으로써, 해당 기술의 전문가가 아니더라도 비교적 용이하게 조작하면서 유도전동기의 작동을 제어할 수 있게 된다.
다시 말해 유도전동기의 작동 제어 방식이 단순한 동시에 이를 프로그램화 하여 해당 프로그램의 조작 및 그를 통한 데이터 값들의 수정이 용이하게 되며, 이를 통해 최소한의 전력 사용이 가능한 동시에 유도전동기들을 대상으로 넓은 적용 범위 및 동작 제어 범위를 제공하는 제어 기술을 제공할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 설명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정하여 저서는 안되며, 후술되는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적인 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 제어부
20 : 엔코더
30 : 자속 입력부
20 : 엔코더
30 : 자속 입력부
Claims (8)
- (a) 고정자의 자속 및 회전자의 회전속도 값이 제어부에 입력되는 단계;
(b) 상기 제어부에서 상기 자속 및 회전속도 값을 비교하여 슬립(slip) 값을 측정하는 단계;
(c) 상기 제어부에서, 측정된 슬립 값에 비례하도록 PWM duty를 조정하되,
PWM_duty = PWM_duty - (상수값×(기준 slip값 - 측정된 slip값))
을 통해 상기 PWM duty를 조정하는 단계; 및
(d) 상기 제어부에서, 조정된 PWM duty에 따라 지령속도를 출력하는 단계를 포함하고,
상기 (c)단계에서, 상기 제어부는 사전에 설정된 지령속도에 근접하도록 상기 고정자의 자속을 증가 또는 감소시키면서 슬립각을 비교하여, 상기 슬립 값에 따른 PWM duty 보상을 통해 기설정된 상기 지령속도에 현재의 지령속도가 근접되도록 하며,
상기 PWM_duty의 상수값 및 고정자 속도증감의 상수값만의 변경을 통한 유도전동기의 속도 조정 과정이 프로그램화된 프로그램의 조작 및 데이터 값 수정을 통해 유동전동기의 작동 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 제어 방법. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계에서, 상기 회전속도 값은 엔코더 값인 것을 특징으로 하는 유도전동기의 제어 방법. - 입력되는 고정자의 자속 및 회전자의 회전속도 값을 비교하여 슬립(slip) 값을 측정한 다음, 측정된 슬립 값에 비례하도록 PWM duty를 조정 후 조정된 PWM duty에 따라 지령속도를 출력하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는
PWM_duty = PWM_duty - (상수값×(기준 slip값 - 측정된 slip값))
의 식을 통해 상기 PWM duty를 조정하고, 사전에 설정된 지령속도에 근접하도록 상기 고정자의 자속을 증가 또는 감소시키면서 슬립각을 비교하여 상기 슬립 값에 따른 PWM duty 보상을 통해 기설정된 상기 지령속도에 현재의 지령속도가 근접되도록 하며,
상기 PWM_duty의 상수값 및 고정자 속도증감의 상수값만의 변경을 통한 유도전동기의 속도 조정 과정이 프로그램화된 프로그램의 조작 및 데이터 값 수정을 통해 유동전동기의 작동 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 제어 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제어부에 상기 회전속도 값을 입력하는 엔코더; 및
상기 제어부에 상기 고정자의 자속을 입력하는 자속 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 제어 장치. - 삭제
- 삭제
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