KR102596022B1 - 소프트 스타터 및 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법 - Google Patents

소프트 스타터 및 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 효율이 개선된 소프트 스타터 및 소프트 스타터를 활용하기 위한 유도 모터 파라미터를 추정할 수 있는 방법에 관한 것으로, 계통과 모터 사이에 상별로 설치되며, 서로 직렬로 연결되는 적어도 두 개의 반도체 스위치를 포함하는 스위치부, 상기 스위치부와 병렬로 연결되는 바이패스 커넥터 및 상기 스위치부와 상기 바이패스 커넥터를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 반도체 스위치들 중 적어도 하나는, WBG(Wide Band Gap) 전력 반도체 소자인 것을 특징으로 한다.

Description

소프트 스타터 및 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법{Soft Starters and Methods for Estimating Induction Motor Parameters Using Soft Starters}
본 발명은 소프트 스타터 및 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 WBG 소자를 이용하는 소프트 스타터에 있어서, 모터 파라미터 정보를 추정하는 방법에 관한 것이다.
소프트 스타터(Soft Starter)란 모터를 구동하는데 있어서 초기 전원 인가시 높은 초기 기동전류로 인한 모터의 손상을 방지하기 위한 것으로, 모터에 인가되는 전압의 크기를 조절한다.
도 1은 일반적인 모터에 사용되는 소프트 스타터의 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 소프트 스타터는 6개의 싸이리스터와 바이패스 커넥터로 이루어진다. 소프트 스타터는 일반적으로 부하가 급변하지 않는 어플리케이션에 많이 사용되며 싸이리스터로 모터 기동이 완료되면 도통 손실을 최소화하기 위해 바이패스 커넥터를 이용하여 싸이리스터를 바이패스 시킨다. 바이패스 커넥터가 온되어 모터가 직접 계통에 연결되었을 때, 모터의 전기 주파수는 계통 주파수가 되며 계통 전압의 크기만큼 모터에 인가된다.
상기한 바와 같은 일반적인 소프트 스타터는 6개의 싸이리스터를 사용하기 때문에, 효율이 저하되는 문제점이 있다.
한국 등록특허공보 제10-2450122호(“2상 소프트 스타터의 제어 장치 및 방법”, 공고일 2022년 10월 06일)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 의한 소프트 스타터 및 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법의 목적은, 효율이 개선된 소프트 스타터 및 소프트 스타터를 활용하기 위한 유도 모터 파라미터를 추정할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 소프트 스타터는, 계통과 모터 사이에 상별로 설치되며, 서로 직렬로 연결되는 적어도 두 개의 반도체 스위치를 포함하는 스위치부, 상기 스위치부와 병렬로 연결되는 바이패스 커넥터 및 상기 스위치부와 상기 바이패스 커넥터를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 반도체 스위치들 중 적어도 하나는, WBG(Wide Band Gap) 전력 반도체 소자인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위치부의 양단 중, 상기 계통측에 설치되어 제1계통과 연결되거나, 제2계통과 연결되며, 상기 제어부에 의해 제어되는 계통 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법은, a) 제어부에서 상기 모터의 서로 다른 동작점에서 제1전압, 제1전류, 제2전압 및 제2전류를 측정하는 단계, b) 상기 a) 단계에서 측정된 상기 제1전압, 상기 제1전류, 상기 제2전압 및 상기 제2전류를 임의의 동기각으로 dq변환하는 단계, c) 상기 b) 단계에서 변환된 전압 및 전류값을 이용해 를 연산하는 단계, (는 고정자 인덕턴스, 는 상기 임의의 동기각과 실제 동기각의 차) d) 상기 b) 단계에서 변환된 전압 및 전류값과 상기 를 이용해 비용함수를 도출하는 단계, e) 임의의 동기각을 변환하면서 변환된 임의의 동기각에 따라 변환된 전압과 전류를 이용하여 상기 비용함수가 최소가 되는 동기각을 찾는 단계 및 f) 상기 e) 단계에서 찾아진 동기각과, 상기 b) 단계에서 사용된 임의의 동기각의 차로 상기 를 정의하여, 고정자 인덕턴스, 자화 인덕턴스, 회전자 저항을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 c) 단계는, 아래 수식을 이용하여 상기 를 연산하는 것을 특징으로 한다.
(상기한 식에서 는 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq변환된 제1전류를 이용해 연산된 , 은 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq변환된 제1전류를 이용해 연산된 , 상기한 식에서 는 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq변환된 제2전류를 이용해 연산된 , 은 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq변환된 제2전류를 이용해 연산된 , 상기한 식에서 는 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq변환된 제1전류를 이용해 연산된 , 상기한 식에서 는 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq변환된 제2전류를 이용해 연산된 )
(상기한 식에서 는 상기 b) 단계에서 변환된 d축 전류, 는 상기 b) 단계에서 변환된 q축 전류, , , 는 전류의 크기, 는 계통 주파수의 각속도, 는 고정자 저항, 는 상기 b) 단계에서 변환된 d축 전압, 는 상기 b) 단계에서 변환된 q축 전압)
또한, 상기 비용함수는 아래 수식으로 정의되는 것을 특징으로 한다.
(J는 상기 비용함수, 상기한 식에서 는 상기 b) 단계에서 상기 제2전류를 변환한 d축 전류, 는 상기 b) 단계에서 상기 제2전류를 변환한 변환된 q축 전류, 는 계통 주파수의 각속도, 는 고정자 저항, 는 상기 b) 단계에서 상기 제2전압을 변환한 d축 전압, 는 상기 b) 단계에서 상기 제2전압을 변환한 q축 전압)
또한, 상기 f) 단계는, 아래 수식을 이용하여 상기 고정자 인덕턴스 및 상기 자화 인덕턴스를 연산하는 것을 특징으로 한다.
(상기한 식에서 는 상기 고정자 인덕턴스, 는 회전자 인덕턴스, 는 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq변환된 제2전류를 이용해 연산된 , 는 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq변환된 제2전류를 이용해 연산된 , 은 상기 자화 인덕턴스)
(상기한 식에서 는 상기 b) 단계에서 변환된 d축 전류, 는 상기 b) 단계에서 변환된 q축 전류, 는 계통 주파수의 각속도, , , 는 전류의 크기)
또한, 상기 f) 단계는, 아래 수식으로 추정된 자속과 실제 자속과의 차이를 상기 회전자의 저항에 보상하여, 상기 회전자의 저항을 추정하는 것을 특징으로 한다.
(상기한 식에서 는 정지좌표계에서의 d축 회전자 자속, 는 정지좌표계에서의 q축 회전자 자속, 은 회전자 저항, 은 상기 모터의 속도, , 는 슬립 주파수, , 는 정지좌표계에서 표현한 상기 모터의 전류)
또한, 상기 b) 단계에서 사용되는 임의의 동기각은, 계통의 주파수를 적분한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 a) 단계는, 상기 스위치부를 서로 다른 계통에 연결하거나, 상기 모터 또는 상기 스위치부에 외부 부하를 연결하거나, 상기 모터의 부하조건을 변경하여 서로 다른 동작점을 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 다양한 실시예에 의한 소프트 스타터 및 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법에 의하면, 능동 소자인 WBG 반도체 소자를 이용하여 모터를 구동하므로, 소프트 스타터의 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 능동 소자인 WBG 반도체 소자를 활용하기 위한 유도 모터 파라미터를 추정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 모터에 사용되는 소프트 스타터의 회로도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 소프트 스타터의 회로도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법의 순서도이고,
도 4는 본 발명에서 사용되는 초기 임의의 동기각과 실제 좌표계의 개략도이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1 및 /또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다. 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있다거나 또는 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 ～사이에와 바로 ～사이에 또는 ～에 인접하는과 ～에 직접 인접하는 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 소프트 스타터의 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 소프트 스타터는, 계통과 모터(20) 사이에 위치하며, 제1스위치부(110) ~ 제3스위치부(130), 제1바이패스 커넥터(S1) ~ 제3바이패스 커넥터(S3), 제어부(미도시) 및 계통 스위치(200)를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 소프트 스타터는 모터의 기동시 동작한다. 본 발명에 의한 소프트 스타터의 기능 자체는 종래 소프트 스타터와 동일하다.
제1스위치부(110) ~ 제3스위치부(130) 각각은 모터의 3상에 대응되어 계통과 모터(20)를 연결하되, 각 스위치부는 서로 병렬로 계통과 모터(20) 사이에 연결된다.
제1스위치부(110)는 서로 직렬로 연결된 제1-1반도체 스위치(111) 및 제1-2반도체 스위치(112)를 포함하며, 제2스위치부(120)는 서로 직렬로 연결된 제2-1반도체 스위치(121) 및 제2-2반도체 스위치(122)를 포함하고, 제3스위치부(130)는 서로 직렬로 연결된 제3-1반도체 스위치(131) 및 제3-2반도체 스위치(132)를 포함한다. 제1-1반도체 스위치(111)는, 스위치부분과 스위치와 병렬로 연결된 다이오드를 포함한다. 스위치부에 포함되는 모든 반도체 스위치는 서로 동일하며, 단일의 스위치부에 포함되며 서로 직렬로 연결되는 두 개의 반도체 스위치는 서로 반대 방향으로 연결된다.
제1스위치부(110) ~ 제3스위치부(130) 각각에 포함되는 반도체 스위치들 중 적어도 하나는 WBG(Wide Band Gap) 반도체 소자일 수 있다. WBG 반도체 소자는 실리콘과 같은 기존의 반도체를 구성하는 소자보다, 에너지 밴드갭이 더 넓은 물질을 사용하는 반도체 소자이다. WBG 반도체 소자에 사용되는 재료의 예로는, 탄화규소(SiC) 및 질화갈륨(GaN) 등이 있을 수 있다. WBG 반도체 소자는 기존 반도체 소자에 비해 더 빠른 스위칭 속도, 더 높은 작동 온도 및 더 높은 항복 전압 특성을 가지기 때문에, WBG 반도체 소자는 종래의 반도체 재료보다 효율성, 전력 밀도 및 열 성능에 있어서 향상되는 효과를 가지며, 이는 WBG 반도체 소자가 적용되는 본 발명의 일실시예에 의한 소프트 스타터에도 적용된다.
제1바이패스 커넥터(S1) ~ 제3바이패스 커넥터(S3) 각각은 제1스위치부(110) ~ 제3스위치부(130) 각각과 병렬로 연결되며, 소프트 스타터의 동작시에는 OFF로 되어 있다가, 소프트 스타터의 동작이 끝나 모터의 기동이 완료되면 ON된다.
제어부는 상기한 제1스위치부(110) ~ 제3스위치부(130), 제1바이패스 커넥터(S1) ~ 제3바이패스 커넥터(S3)를 제어한다. 이에 더해, 상기한 제어부는 모터(20)를 제어할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 소프트 스타터는 계통 스위치(200)를 더 포함한다.
계통 스위치(200)는 총 3개로, 각각이 제1스위치부(110) ~ 제3스위치부(130)의 양단 중, 계통측 일단과 연결되며, 제1스위치부(110) ~ 제3스위치부(130) 각각을 제1계통(11)과 연결시키거나, 제2계통(12)과 연결시킨다. 계통 스위치(200) 또한 제어부에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 소프트 스타터에서 계통 스위치(200)를 포함하는 이유를, 본 발명의 일실시예에 의한 소프트 스타터는 종래의 소프트 스타터와 같이 수동소자인 싸이리스터를 사용하는 것이 아니라, WBG 반도체 소자와 같은 능동 소자를 사용하기 때문에, 이를 활용하기 위해서는 모터의 파라미터 및 속도 정보 등을 파악하고, 이를 반도체 소자의 제어에 사용할 필요가 있기 때문이다.
이하 본 발명의 일실시예에 의한 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법의 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법은, 순차적으로 수행되는 a) 단계 ~ f) 단계를 포함할 수 있으며, 본 발명의 일실시예에 의한 소프트 스타터를 이용해 추정하는 모터 파라미터는 고정자 저항 , 고정자 인덕턴스 , 회전자 인덕턴스 , 자화 인덕턴스 , 회전자 저항 일 수 있다. 또한 a) 단계 ~ f) 단계는 상술한 제어부에 의해 수행될 수 있다.
a) 단계는 상술한 제어부에서 계통 스위치(200)를 제어하여, 제1스위치부(110) ~ 제3스위치부(130)를 제1계통(11)과 연결시켜, 제1동작점에서 제1전압과 제1전류를 측정한다. 이후, 제어부는 계통 스위치(200)를 다시 제어하여, 제1스위치부(110) ~ 제3스위치부(130)를 제2계통(12)과 연결시켜, 제2동작점에서 제2전압과 제2전류를 측정한다. 단, 상기한 계통 스위치(200)를 제어하여 제1동작점 및 제2동작점에서 각각 제1전압, 제1전류, 제2전압, 제2전류를 측정하는 방식은 일예일 뿐이며, 이 외에도 a) 단계는 외부 저항을 스위치부 또는 모터(20)에 연결하여, 외부 저항의 연결 여부에 따른 제1동작점과 제2동작점을 생성하고, 각 동작점의 계통에서 제1전압, 제1전류, 제2전압, 제2전류를 측정하거나, 모터(20)의 부하 조건을 변경하여, 변경 전후에 따른 제1동작점과 제2동작점을 생성하고, 각 동작점의 계통에서 제1전압, 제1전류, 제2전압, 제2전류를 측정하는 방식 또한 사용될 수 있다.
b) 단계는 a) 단계에서 측정된 제1전압, 제1전류, 제2전압, 제2전류를 임의의 동기각으로 dq변환한다. b) 단계는 제어부에 의해 수행되거나, 별도의 연산장치로 구성되는 별도의 장치에서 수행될 수 있다. b) 단계에서 사용되는 임의의 동기각을 라고 한다. 상기한 제1전압, 제1전류, 제2전압, 제2전류를 임의의 동기각인 로 dq변환하면, 제1 d축 전압, 제1 q축 전압, 제1 d축 전류, 제1 q축 전류, 제2 d축 전압, 제2 q축 전압, 제2 d축 전류, 제2 q축 전류 까지 총 8개의 값을 얻게 된다. 제1전압을 dq변환한 값을 라 하고, 제1전류를 dq변환한 값을 라 하며, 제2전압을 dq변환한 값을 라 하고, 제2전류를 dq변환한 값을 라 한다. b) 단계에서 사용되는 임의의 동기각인 는 계통 주파수를 적분하여 얻을 수 있다. 이는 모터(20)의 기동 완료시 전기 주파수는 계통 주파수와 동일하기 때문이다.
도 4는 본 발명에서 사용되는 초기 임의의 동기각과 실제 좌표계의 개략도이다.
c) 단계는 b) 단계에서 변환된 , , , 를 이용해 를 연산한다. 에서 는 도 4에 도시된 바와 같이, b) 단계에서 사용된 임의의 동기각인 과 실제 동기각과의 차이를 의미한다. c) 단계에서 는 아래 과정을 통해 얻을 수 있다.
상기한 ~ 각각의 에 를 대입한 값을, , , , 라고 하고, 상기한 ~ 각각의 에 를 대입한 값을, , , , 라 한다. 상기한 식에서 , , 는 전류의 크기, 는 계통 주파수의 각속도이고, X와 Y에서 는 고정자 저항이다. 에서는(n=1, 2, 3, 4) X와 Y에 를 대입하며, 에서는(n=1, 2, 3, 4) X와 Y에 를 대입한다. 고정자 저항인 는 알고 있는 값이다. 상기한 수식에서 얻어진 , 와 아래 수식을 통해 을 구한다.
d) 단계는 b) 단계에서 변환된 , , , 과 를 이용해 비용함수인 J를 도출한다. d) 단계에서 비용함수를 도출하는 과정에 대해서 설명한다.
일반적인 유도 모터의 수식은 아래와 같다.
상기한 수식에서 를 알고 있다면, 위 수식은 아래와 같은 수식으로 성립한다.
상기한 수식은 실제 dq좌료계에서는 성립하지만, 앞서 설명한 바와 같이, 실제 좌표계와 임의의 동기각 사이에는 의 오차가 존재한다. 즉, 상기한 수식은 임의의 동기각을 기준으로 변환할 필요가 있으며, 임의의 동기각으로 변환된 수식은 아래와 같으며, 변환된 수식 J를 비용함수라고 한다.
상기한 식에서 햇()은 b) 단계에서 임의의 동기각으로 변환된 전압과 전류를 의미한다. 상기한 식에서 사용되는 전압은 제2동작점에서 측정된 전압과 전류를 임의의 동기각으로 변환한 , 이다.
임의의 동기각으로 좌표 변환한 전압과 전류가 실제 dq전압 및 전류와 같아진다면, J는 0이되거나 최소값이 된다. 따라서 e) 단계는 임의의 동기각을 임의의 값인 만큼 변환시키면서, J가 0 또는 최소값이 되는 를 찾으며, J가 0 또는 최소값이 되면, 해당 는 와 동일하다.
f) 단계는 e) 단계에서 찾아진 를 이용해 고정자 인덕턴스, 자화 인덕턴스, 회전자 저항을 추정한다.
먼저, f) 단계는 아래 수식을 통해 고정자 인덕턴스 와 자화 인덕턴스 을 연산한다.
또한 f) 단계는, 회전자 저항인 를 추정하기 위해 회전자 자속 수식을 이용한다. 여기서 회전자 자속 수식은 아래와 같다.
상기한 식에서 는 정지좌표계에서의 d축 회전자 자속, 는 정지좌표계에서의 q축 회전자 자속, 은 회전자 저항, 은 상기 모터의 속도, , 는 슬립 주파수, 이다. 상기한 수식에서 는 정지좌표계에서 표현한 모터의 전류를 의미한다.
f) 단계는 상기한 수식을 기반으로 추정한 회전자 자속과 실제 회전자 자속과의 차이를 제어기를 통해 실시간으로 회전자 저항에 보상하며, 회전자 저항의 보상에 따라 추정한 자속과 실제 자속의 위상이 같아지면, 해당 회전자 저항을 실제 회전자 저항으로 추정한다. 이를 위해 f) 단계는 실제 회전자 자속의 세기를 측정할 수 있는 측정수단을 사용할 수 있으며, 본 발명에 의한 소프트 스타터는 회전자 자속의 세기를 측정할 수 있는 측정수단을 더 포함할 수 있다. 상기한 f) 단계는 모터의 속도를 모르더라도, 회전자 저항을 상대적으로 정확하게 추정할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 기술 사상은 개시된 각각의 실시예 뿐 아니라, 개시된 실시예들의 조합을 포함하고, 나아가, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물로서 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
110 : 제1스위치부
111 : 제1-1반도체 스위치
112 : 제1-2반도체 스위치
120 : 제2스위치부
121 : 제2-1반도체 스위치
122 : 제2-2반도체 스위치
130 : 제3스위치부
131 : 제3-1반도체 스위치
132 : 제3-2반도체 스위치
200 : 계통 스위치
S1 : 제1바이패스 케넉터
S2 : 제2바이패스 케넉터
S3 : 제3바이패스 케넉터

Claims (9)

  1. 계통과 모터 사이에 설치되는 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법에 있어서,
    a) 상기 소프트 스타터에 포함되는 제어부에서 상기 모터의 서로 다른 동작점에서 제1전압, 제1전류, 제2전압 및 제2전류를 측정하는 단계;
    b) 상기 a) 단계에서 측정된 상기 제1전압, 상기 제1전류, 상기 제2전압 및 상기 제2전류를 임의의 동기각으로 dq변환하는 단계;
    c) 상기 b) 단계에서 변환된 전압 및 전류값을 이용해 를 연산하는 단계; (는 고정자 인덕턴스, 는 상기 임의의 동기각과 실제 동기각의 차)
    d) 상기 b) 단계에서 변환된 전압 및 전류값과 상기 를 이용해 비용 함수를 도출하는 단계;
    e) 임의의 동기각을 변환하면서 변환된 임의의 동기각에 따라 변환된 전압과 전류를 이용하여 상기 비용함수가 최소가 되는 동기각을 찾는 단계; 및
    f) 상기 e) 단계에서 찾아진 동 기각과, 상기 b) 단계에서 사용된 임의의 동기각의 차로 상기 를 정의하여, 고정자 인덕턴스, 자화 인덕턴스, 회전자 저항을 추정 하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 c) 단계는, 아래 수식을 이용하여 상기 를 연산하는 것을 특징으 로 하는 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법.

    (상기한 식에서 는 아래 수식에서 상 기 b) 단계에서 dq변환된 제1전류를 이용해 연산된 , 은 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq변환된 제1전류를 이용해 연산 된 , 상기한 식에서 는 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq변환된 제2전류를 이용해 연산 된 , 은 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq변환된 제2전류 를 이용해 연산된 , 상 기한 식에서 는 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq변환된 제1전류를 이용해 연산된 , 상기한 식에서 는 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq변환된 제2전류를 이용해 연산 된 )

    (상기한 식에서 는 상기 b) 단계 에서 변환된 d축 전류, 는 상기 b) 단 계에서 변환된 q축 전류, , , 는 전류의 크기, 는 계통 주파수의 각속도, 는 고정자 저항, 는 상기 b) 단계에서 변환된 d축 전압, 는 상기 b) 단계에서 변환된 q축 전압)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비용함수는 아래 수식으로 정의되는 것을 특징으로 하는 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법.

    (J는 상기 비용함수, 상기한 식에서 는 상기 b) 단계에서 상기 제2전류를 변환한 d축 전류, 는 상 기 b) 단계에서 상기 제2전류를 변환한 변환된 q축 전류, 는 계통 주파수의 각속도, 는 고정자 저항, 는 상기 b) 단계에서 상기 제2전 압을 변환한 d축 전압, 는 상기 b) 단계에서 상기 제2전압을 변환한 q축 전압)
  4. 제1항에 있어서,
    제3항에 있어서,
    상기 f) 단계는, 아래 수식을 이용하여 상기 고정자 인덕턴스 및 상기 자화 인덕턴스를 연산하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법.

    (상기한 식에서 는 상기 고 정자 인덕턴스, 는 회전자 인덕턴스, 는 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq변환된 제2전류를 이용해 연산된 , 는 아래 수식에서 상기 b) 단계에서 dq 변환된 제2전류를 이용해 연산된 , 은 상기 자화 인덕턴스)

    (상기한 식에서 는 상기 b) 단계 에서 변환된 d축 전류, 는 상기 b) 단 계에서 변환된 q축 전류, 는 계통 주파수의 각속도, , , 는 전류의 크기)
  5. 제4항에 있어서,
    상기 f) 단계는,
    아래 수식으로 추정된 자속과 실제 자속과의 차이를 상기 회전자의 저항에 보상하여, 상기 회전자의 저항을 추정하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법.

    (상기한 식에서 는 정지좌표계에서의 d축 회전자 자속, 는 정지좌표계에서의 q축 회전 자 자속, 은 회전자 저항, 은 상기 모터의 속도, , 는 슬립 주파수, , 는 정지좌표계에서 표 현한 상기 모터의 전류)
  6. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계에서 사용되는 임의의 동기각은, 계통의 주파수를 적분한 것을 특징으로 하는 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    상기 스위치부를 서로 다른 계통에 연결하거나, 상기 모터 또는 상기 스위치부에 외부 부하를 연결하거나, 상기 모터의 부하조건을 변경하여 서로 다른 동작점을 생성하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 소프트 스타터는,
    계통과 모터 사이에 상별로 설치되며, 서로 직렬로 연결되는 적어도 두 개의 반도체 스위치를 포함하는 스위치부;
    상기 스위치부와 병렬로 연결되는 바이패스 커넥터; 및
    상기 스위치부와 상기 바이패스 커넥터를 제어하는 상기 제어부;
    를 포함하되, 상기 반도체 스위치들 중 적어도 하나는, WBG(Wide Band Gap) 전력 반도체 소자인 것을 특징으로 하는 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스위치부의 양단 중, 상기 계통측에 설치되어 제1계통과 연결되거나, 제2계통과 연결되며, 상기 제어부에 의해 제어되는 계통 스위치;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타터를 이용한 유도 모터 파라미터의 추정 방법.
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KR101203883B1 (ko) * 2011-12-16 2012-11-23 이정표 소프트스타터 장치 및 그의 제조방법
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