KR102596360B1 - Fault tolerance operation apparatus of six-phase permanent magnet synchronous motor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두 개의 3상 권선이 비대칭형으로 배치되는 6상 영구자석 동기 전동기를 하나의 전동기로 모델링하여 비결합 벡터 공간 분해 제어(Decoupled Vector Space Decomposition Control)를 수행함으로써 두 3상 권선의 상호 간섭 성분을 제거하며, 인버터 고장 진단 결과에 따라 인버터 부하분담 비율을 조정하도록 제어하여 추가의 하드웨어 구성없이 고장 대응 운전을 수행할 수 있도록 하는 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치에 관한 것이다.
본 발명의 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치는, a상, b상, c상의 3상 권선으로 구성되는 제1 권선 그룹과, x상, y상, z상의 3상 권선으로 구성되는 제2 권선 그룹을 포함하되, 제1 권선 그룹과 제2 권선 그룹이 비대칭으로 구성되는 6상 영구자석 동기 전동기; 상기 제1 권선 그룹의 동작을 제어하는 제1 인버터; 상기 제2 권선 그룹의 동작을 제어하는 제2 인버터; 상기 제1 권선 그룹으로부터 검출된 각 상 전류(ia, ib, ic), 상기 제2 권선 그룹으로부터 검출된 각 상 전류(ix, iy, iz), 및 상기 6상 영구자석 동기 전동기의 회전각(θr)을 DQ 변환하여 D1-Q1축 좌표계의 전류(iD1, iQ1)와 D2-Q2축 좌표계의 전류(iD2, iQ2)로 변환하는 DQ 변환기; 토크 지령(Te *)에 따라 D1-Q1축 전류 지령(iD1 *, iQ1 *)을 생성하며 상기 D1-Q1축 좌표계의 전류(iD1, iQ1)를 궤환받아 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터의 동작을 제어하는 토크-전류 제어부; 및 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터의 고장 진단 결과에 따라 생성된 D2-Q2축 전류 지령(iD2 *, iQ2 *)에 따라 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터의 분담 비율을 제어하는 부하분담 비율 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 두 개의 3상 권선이 비대칭형으로 배치되는 6상 영구자석 동기 전동기를 하나의 전동기로 모델링하여 토크-전류 제어를 위한 D1-Q1축 제어와 부하분담 비율을 조정하기 위한 D2-Q2축 제어를 분리한 비결합 벡터 공간 분해 제어(Decoupled Vector Space Decomposition Control)를 수행하며, D1-Q1축 제어를 통해 두 3상 권선 그룹 간의 상호 간섭 현상을 억제할 수 있으며, D2-Q2축 제어를 통해 부하분담 비율을 조정하면서 어느 하나의 인버터에 고장이 발생된 경우 추가의 전환 구성없이 나머지 하나의 인버터가 100%의 분담 비율로 신속하게 운전 전환되도록 할 수 있는 효과가 있다.The present invention models a six-phase permanent magnet synchronous motor in which two three-phase windings are asymmetrically arranged as one motor and performs decoupled vector space decomposition control to prevent mutual interference between the two three-phase windings. This relates to a failure response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor that removes components and controls the inverter load sharing ratio to be adjusted according to the results of inverter failure diagnosis, allowing failure response operation to be performed without additional hardware configuration.
The fault response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor of the present invention includes a first winding group consisting of three-phase windings of a-phase, b-phase, and c-phase, and a three-phase winding of x-phase, y-phase, and z-phase. A six-phase permanent magnet synchronous motor including a second winding group, wherein the first winding group and the second winding group are asymmetrically configured; a first inverter controlling the operation of the first winding group; a second inverter controlling the operation of the second winding group; Each phase current (i a , i b , i c ) detected from the first winding group, each phase current (i x , i y , i z ) detected from the second winding group, and the six-phase permanent magnet A DQ converter that DQ converts the rotation angle (θ r ) of the synchronous motor into currents (i D1 , i Q1 ) in the D1-Q1 axis coordinate system and currents (i D2 , i Q2 ) in the D2-Q2 axis coordinate system; A D1-Q1 axis current command (i D1 * , i Q1 * ) is generated according to the torque command (T e * ), and the current (i D1 , i Q1 ) of the D1-Q1 axis coordinate system is fed back to the first inverter and a torque-current control unit that controls the operation of the second inverter; And controlling the sharing ratio of the first inverter and the second inverter according to the D2-Q2 axis current command (i D2 * , i Q2 * ) generated according to the fault diagnosis results of the first inverter and the second inverter. Includes a load sharing ratio control unit.
According to the present invention, a six-phase permanent magnet synchronous motor in which two three-phase windings are arranged asymmetrically is modeled as one motor, and D1-Q1 axis control for torque-current control and D2-Q1 axis control for adjusting the load sharing ratio. Decoupled Vector Space Decomposition Control is performed by separating Q2 axis control, and mutual interference between two three-phase winding groups can be suppressed through D1-Q1 axis control, and D2-Q2 axis control By adjusting the load sharing ratio, if a failure occurs in one of the inverters, the remaining inverter can be quickly switched to operation at a 100% sharing ratio without additional switching configuration.

Figure R1020200188311
Figure R1020200188311

Description

6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치{FAULT TOLERANCE OPERATION APPARATUS OF SIX-PHASE PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR}Fault response operation device for six-phase permanent magnet synchronous motor {FAULT TOLERANCE OPERATION APPARATUS OF SIX-PHASE PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR}

본 발명은 두 개의 3상 권선이 비대칭형으로 배치되는 6상 영구자석 동기 전동기를 하나의 전동기로 모델링하여 비결합 벡터 공간 분해 제어(Decoupled Vector Space Decomposition Control)를 수행함으로써 두 3상 권선의 상호 간섭 성분을 제거하며, 인버터 고장 진단 결과에 따라 인버터 부하분담 비율을 조정하도록 제어하여 추가의 하드웨어 구성없이 고장 대응 운전을 수행할 수 있도록 하는 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치에 관한 것이다.The present invention models a six-phase permanent magnet synchronous motor in which two three-phase windings are asymmetrically arranged as one motor and performs decoupled vector space decomposition control to prevent mutual interference between the two three-phase windings. This relates to a failure response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor that removes components and controls the inverter load sharing ratio to be adjusted according to the results of inverter failure diagnosis, allowing failure response operation to be performed without additional hardware configuration.

일반적으로, 전기 자동차를 견인하기 위해 전동기가 사용되고 있다. 통상적으로 3상 전동기가 사용되고 있으며, 전동기의 견인력을 증가하기 위해 2개의 3상 권선이 조합된 6상 전동기, 또는, 6상 이상의 다상 전동기를 채택하는 연구가 진행되고 있다.Generally, electric motors are used to tow electric vehicles. Typically, three-phase electric motors are used, and research is underway to adopt a six-phase electric motor combining two three-phase windings, or a multi-phase electric motor with six or more phases to increase the traction force of the motor.

대한민국 특허공개 제10-2017-0037974호 "다상 전기 머신, 드라이브 및 제어"는 개별적인 인버터 전력 회로들에 링크된 그룹화 된 위상들을 구비한 다상 동기 전동기를 제안하고 있다. 동 선행문헌은 3상 전동기 각각을 제어하는 인버터를 구비하며, 어느 하나의 전동기에 고장이 발생될 경우 다른 전동기가 보상 토크를 전개하도록 제어하는 고장 대응 운전을 하고 있다.Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0037974 “Multiphase Electric Machine, Drive and Control” proposes a polyphase synchronous motor with grouped phases linked to individual inverter power circuits. This prior literature is equipped with an inverter that controls each of the three-phase electric motors, and performs fault response operation by controlling the other motors to develop compensation torque when a failure occurs in any one motor.

하지만, 위 선행기술은 스타 구성인 전동기와 델타 구성인 전동기 상호 간의 보상 토크를 전개하는 것으로서, 어느 하나의 3상 전동기가 고장날 경우 전자 접촉기를 절환하여 다른 하나(또는 두 개의) 3상 전동기 결선을 스타에서 델타 방식으로 전환하는 방안을 제안하고 있는데, 이러한 전환 방식은 제어 안정도가 매우 떨어진다. 즉, 보상 토크 전개 과정에서 전동기의 출력에 큰 변동이 발생될 수 있다. 나아가, 위 선행기술은 유도 전동기에 국한하여 사용되는 방식으로서 동기 전동기의 제어에는 적합하지 않다.However, the above prior art develops compensation torque between a star-configured motor and a delta-configured motor, so that when one three-phase motor fails, the magnetic contactor is switched to connect the other (or two) three-phase motors. A method of converting from star to delta is being proposed, but this conversion method has very poor control stability. In other words, large fluctuations in the output of the electric motor may occur during the compensation torque development process. Furthermore, the above prior art is limited to induction motors and is not suitable for controlling synchronous motors.

한편, 영구자석 동기 전동기는 유도 전동기와 비교해서 영구자석에 의한 자속이 확립되어 있어 여자 전류가 불필요하며, 회전자에 전류가 흐르지 않아 2차 동손이 발생하지 않는 고효율의 전동기로서, 최근의 전기 자동차에 주로 적용되고 있다. 또한, 3상 영구자석 동기 전동기 2개를 조합하여 6상으로 구동하는 경우, 각 상의 전류 크기가 감소하여 전동기 제어를 위한 반도체 소자 등을 소형으로 제작할 수 있으며, 적은 전류로 높은 토크 특성을 발휘할 수 있는 장점이 있다.On the other hand, the permanent magnet synchronous motor is a high-efficiency motor that does not require exciting current because the magnetic flux generated by the permanent magnet is established compared to the induction motor, and does not generate secondary copper loss because current does not flow to the rotor, and is used in recent electric vehicles. It is mainly applied to. In addition, when two three-phase permanent magnet synchronous motors are combined and driven in six phases, the current size of each phase is reduced, allowing semiconductor devices for motor control to be manufactured in a smaller size, and high torque characteristics can be achieved with a small current. There is an advantage.

도 1은 일반적인 대칭형 6상 전동기의 권선 구조를 예시한 도면이고, 도 2는 일반적인 비대칭형 6상 전동기의 권선 구조를 예시한 도면이다. 도 1과 같이 전동기의 각 상이 60도의 균일한 위상차를 가지는 대칭형에 있어서, 제어가 용이한 장점이 있으나 6고조파로 맥동하는 토크 맥동이 발생되는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해 도 2와 같이 비대칭형 6상 전동기 권선 구조로 설계하면, 6고조파에 의한 토크 맥동이 상쇄되는 이점이 있다.Figure 1 is a diagram illustrating the winding structure of a general symmetrical 6-phase electric motor, and Figure 2 is a diagram illustrating the winding structure of a general asymmetrical 6-phase electric motor. As shown in Figure 1, the symmetrical type in which each phase of the motor has a uniform phase difference of 60 degrees has the advantage of being easy to control, but has the problem of generating torque pulsation that pulsates at 6 harmonics. To prevent this, designing an asymmetrical 6-phase motor winding structure as shown in Figure 2 has the advantage of canceling out torque pulsation due to 6 harmonics.

하지만, 6상 전동기를 3상 전동기 2개로 모델링하여 개별 제어하는 경우, 두 전동기의 권선들 간에 상호 간섭 성분이 발생되기 쉽다. 이를 해결하기 위해 두 전동기를 하나의 전동기로 모델링하는 경우 토크 성분이 한쪽 권선에 실리는 문제가 발생될 수 있으며, 어느 하나의 3상 권선에 고장이 발생되는 경우 신속하게 고장 대응 운전으로 전환하는 것이 매우 어려운 문제가 있다. However, when a 6-phase motor is modeled as two 3-phase motors and individually controlled, mutual interference components are likely to occur between the windings of the two motors. To solve this problem, if two motors are modeled as one motor, a problem may arise where the torque component is loaded on one winding, and if a failure occurs in any three-phase winding, it is important to quickly switch to fault response operation. There is a very difficult problem.

대한민국 특허공개 제10-2017-0037974호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0037974

본 발명은 두 개의 3상 권선이 비대칭형으로 배치되는 6상 영구자석 동기 전동기를 하나의 전동기로 모델링하여 비결합 벡터 공간 분해 제어(Decoupled Vector Space Decomposition Control)를 수행하되, 토크-전류 제어를 위한 D1-Q1축 제어와 부하분담 비율을 조정하기 위한 D2-Q2축 제어를 분리하여 수행함으로써, 두 3상 권선 그룹 간의 상호 간섭 현상을 억제할 수 있고, 어느 하나의 인버터에 고장이 발생된 경우에도 전동기의 연속적인 운전이 가능하도록 하는 새로운 방식의 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention models a six-phase permanent magnet synchronous motor in which two three-phase windings are arranged asymmetrically as a single motor to perform decoupled vector space decomposition control, and performs decoupled vector space decomposition control for torque-current control. By separately performing D1-Q1 axis control and D2-Q2 axis control to adjust the load sharing ratio, mutual interference between the two three-phase winding groups can be suppressed, and even if a failure occurs in any one inverter, The purpose is to provide a new type of fault response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor that enables continuous operation of the motor.

본 발명의 일실시예에 따른 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치는, a상, b상, c상의 3상 권선으로 구성되는 제1 권선 그룹과, x상, y상, z상의 3상 권선으로 구성되는 제2 권선 그룹을 포함하되, 제1 권선 그룹과 제2 권선 그룹이 비대칭으로 구성되는 6상 영구자석 동기 전동기; 상기 제1 권선 그룹의 동작을 제어하는 제1 인버터; 상기 제2 권선 그룹의 동작을 제어하는 제2 인버터; 상기 제1 권선 그룹으로부터 검출된 각 상 전류(ia, ib, ic), 상기 제2 권선 그룹으로부터 검출된 각 상 전류(ix, iy, iz), 및 상기 6상 영구자석 동기 전동기의 회전각(θr)을 DQ 변환하여 D1-Q1축 좌표계의 전류(iD1, iQ1)와 D2-Q2축 좌표계의 전류(iD2, iQ2)로 변환하는 DQ 변환기; 토크 지령(Te *)에 따라 D1-Q1축 전류 지령(iD1 *, iQ1 *)을 생성하며 상기 D1-Q1축 좌표계의 전류(iD1, iQ1)를 궤환받아 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터의 동작을 제어하는 토크-전류 제어부; 및 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터의 고장 진단 결과에 따라 생성된 D2-Q2축 전류 지령(iD2 *, iQ2 *)에 따라 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터의 분담 비율을 제어하는 부하분담 비율 제어부를 포함한다.A fault response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor according to an embodiment of the present invention includes a first winding group consisting of three-phase windings of a-phase, b-phase, and c-phase, and three windings of x-phase, y-phase, and z-phase. A six-phase permanent magnet synchronous motor including a second winding group composed of phase windings, wherein the first winding group and the second winding group are asymmetrically configured; a first inverter controlling the operation of the first winding group; a second inverter controlling the operation of the second winding group; Each phase current (i a , i b , i c ) detected from the first winding group, each phase current (i x , i y , i z ) detected from the second winding group, and the six-phase permanent magnet A DQ converter that DQ converts the rotation angle (θ r ) of the synchronous motor into currents (i D1 , i Q1 ) in the D1-Q1 axis coordinate system and currents (i D2 , i Q2 ) in the D2-Q2 axis coordinate system; A D1-Q1 axis current command (i D1 * , i Q1 * ) is generated according to the torque command (T e * ), and the current (i D1 , i Q1 ) of the D1-Q1 axis coordinate system is fed back to the first inverter and a torque-current control unit that controls the operation of the second inverter; And controlling the sharing ratio of the first inverter and the second inverter according to the D2-Q2 axis current command (i D2 * , i Q2 * ) generated according to the fault diagnosis results of the first inverter and the second inverter. Includes a load sharing ratio control unit.

본 발명의 다른 실시예에 따른 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치는, 상기 DQ 변환기는 아래의 (수식 1)에 의해 상기 D1-Q1축 좌표계의 전류(iD1, iQ1)와 상기 D2-Q2축 좌표계의 전류(iD2, iQ2)를 모델링한다.In the fault response operation device of a 6-phase permanent magnet synchronous motor according to another embodiment of the present invention, the DQ converter converts the current (i D1 , i Q1 ) of the D1-Q1 axis coordinate system and the Model the current (i D2 , i Q2 ) in the D2-Q2 axis coordinate system.

(수식 1) (Formula 1)

여기서, iD1은 D1축 전류, iQ1는 Q1축 전류, iD2는 D2축 전류, iQ2는 Q2축 전류, θr은 6상 영구자석 동기 전동기의 실제 회전각, ia는 a상 전류, ib는 b상 전류, ic는 c상 전류, ix는 x상 전류, iy는 y상 전류, iz는 z상 전류이다.Here, i D1 is the D1-axis current, i Q1 is the Q1-axis current, i D2 is the D2-axis current, i Q2 is the Q2-axis current, θ r is the actual rotation angle of the 6-phase permanent magnet synchronous motor, and i a is the a-phase current. , i b is the b-phase current, i c is the c-phase current, i x is the x-phase current, i y is the y-phase current, and i z is the z-phase current.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치는, 상기 부하분담 비율 제어부는, 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터의 고장 진단 결과에 따라 아래의 (수식 2)의 범위에 있는 부하분담 상수(CLR)를 출력하는 고장 진단 운전 제어부; 상기 Q1축 전류(iQ1)와 양의 부하분담 상수(CLR)를 곱셈하여 D2축 전류 지령(iD2 *)을 생성하는 제1 인버터 부하분담 비율 조정부; 및 상기 D1축 전류(iD1)와 음의 부하분담 상수(-CLR)를 곱셈하여 Q2축 전류 지령(iQ2 *)을 생성하는 제2 인버터 부하분담 비율 조정부를 포함한다.In the fault response operation device of a 6-phase permanent magnet synchronous motor according to another embodiment of the present invention, the load sharing ratio control unit performs the following (Equation 2) according to the fault diagnosis results of the first inverter and the second inverter. A fault diagnosis operation control unit that outputs a load sharing constant (C LR ) in the range of; A first inverter load sharing ratio adjuster that generates a D2 axis current command (i D2 * ) by multiplying the Q1 axis current (i Q1 ) and a positive load sharing constant (C LR ); And a second inverter load sharing ratio adjuster that generates a Q2 axis current command (i Q2 * ) by multiplying the D1 axis current (i D1 ) and a negative load sharing constant (-C LR ).

(수식 2) -1≤CLR≤1(Equation 2) -1≤C LR ≤1

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치는, 상기 고장 진단 운전 제어부는, 상기 제2 인버터의 동작 불능 시에 상기 부하분담 상수(CLR)를 1로 설정하며, 상기 제1 인버터의 동작 불능 시에 상기 부하분담 상수(CLR)를 -1로 설정한다.In the fault response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor according to another embodiment of the present invention, the fault diagnosis operation control unit sets the load sharing constant (C LR ) to 1 when the second inverter is inoperable. And, when the first inverter is inoperable, the load sharing constant (C LR ) is set to -1.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치는, 상기 토크-전류 제어부는, 토크 지령(Te *)에 따라 D1축 전류 지령(iD1 *)과 Q1축 전류 지령(iQ1 *)을 생성하는 토크 지령부; 상기 D1축 전류 지령(iD1 *)과 상기 DQ 변환기로부터 궤환된 상기 D1축 전류(iD1)의 차분을 입력받고 비례적분하여 D1축 전압 지령(uD1 *)을 생성하는 제1 전류 제어부; 및 상기 Q1축 전류 지령(iQ1 *)과 상기 DQ 변환기로부터 궤환된 상기 Q1축 전류(iQ1)의 차분을 입력받고 비례적분하여 Q1축 전압 지령(uQ1 *)을 생성하는 제2 전류 제어부를 포함한다.In the fault response operation device of a 6-phase permanent magnet synchronous motor according to another embodiment of the present invention, the torque-current control unit controls the D1 axis current command (i D1 * ) and the Q1 axis according to the torque command (T e * ). A torque command unit that generates a current command (i Q1 * ); A first current control unit that receives the difference between the D1-axis current command (i D1 * ) and the D1-axis current (i D1 ) fed back from the DQ converter and proportionally integrates the difference to generate a D1-axis voltage command (u D1 * ); And a second current control unit that receives the difference between the Q1-axis current command (i Q1 * ) and the Q1-axis current (i Q1 ) fed back from the DQ converter and proportionally integrates it to generate a Q1-axis voltage command (u Q1 * ). Includes.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치는, 상기 부하분담 비율 제어부는, 상기 D2축 전류 지령(iD2 *)과 상기 DQ 변환기로부터 궤환된 상기 D2축 전류(iD2)의 차분을 입력받고 비례적분하여 D2축 전압 지령(uD2 *)을 생성하는 제3 전류 제어부; 및 상기 Q2축 전류 지령(iQ2 *)과 상기 DQ 변환기로부터 궤환된 상기 Q2축 전류(iQ2)의 차분을 입력받고 비례적분하여 Q2축 전압 지령(uQ2 *)을 생성하는 제4 전류 제어부를 더 포함한다.In the fault response operation device of a 6-phase permanent magnet synchronous motor according to another embodiment of the present invention, the load sharing ratio control unit controls the D2-axis current command (i D2 * ) and the D2-axis current fed back from the DQ converter. A third current control unit that receives the difference of (i D2 ) and proportionally integrates it to generate a D2-axis voltage command (u D2 * ); And a fourth current control unit that receives the difference between the Q2-axis current command (i Q2 * ) and the Q2-axis current (i Q2 ) fed back from the DQ converter and proportionally integrates it to generate a Q2-axis voltage command (u Q2 * ). It further includes.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치는, 상기 토크-전류 제어부에서 출력되는 토크-전류 제어 지령(uD1 *, uQ1 *)과 상기 부하분담 비율 제어부에서 출력되는 부하분담 제어 지령(uD2 *, uQ2 *)을 입력받고, 상기 6상 영구자석 동기 전동기에서 검출되는 실제 회전각속도(ωr)에 따라 D1-Q1축 제어 전압(uD1, uQ1)과 D2-Q2축 제어 전압(uD2, uQ2)을 출력하는 비결합 벡터 공간 분해부; 상기 D1-Q1축 제어 전압(uD1, uQ1)과 상기 D2-Q2축 제어 전압(uD2, uQ2)을 상기 제1 인버터 제어 전압(uabc)과 상기 제2 인버터 제어 전압(uxyz)으로 역변환하는 DQ 역변환기; 상기 제1 인버터 제어 전압(uabc)에 따라 상기 제1 권선 그룹의 공간 벡터 제어를 위한 제1 PWM 신호를 생성하여 상기 제1 인버터에 공급하는 제1 PWM 신호 출력부; 및 상기 제2 인버터 제어 전압(uxyz)에 따라 상기 제2 권선 그룹의 공간 벡터 제어를 위한 제2 PWM 신호를 생성하여 상기 제2 인버터에 공급하는 제2 PWM 신호 출력부를 더 포함한다.A failure response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor according to another embodiment of the present invention includes torque-current control commands (u D1 * , u Q1 * ) output from the torque-current control unit and the load sharing ratio control unit. The load sharing control command (u D2 * , u Q2 * ) output from A non-coupled vector space decomposition unit that outputs Q1 ) and D2-Q2 axis control voltage (u D2 , u Q2 ); The D1-Q1 axis control voltage (u D1 , u Q1 ) and the D2-Q2 axis control voltage (u D2 , u Q2 ) are combined with the first inverter control voltage (u abc ) and the second inverter control voltage (u xyz ). ) DQ inverse converter to invert; a first PWM signal output unit that generates a first PWM signal for space vector control of the first winding group according to the first inverter control voltage (u abc ) and supplies it to the first inverter; And it further includes a second PWM signal output unit that generates a second PWM signal for space vector control of the second winding group according to the second inverter control voltage (u xyz ) and supplies it to the second inverter.

본 발명의 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치에 따르면, 두 개의 3상 권선이 비대칭형으로 배치되는 6상 영구자석 동기 전동기를 하나의 전동기로 모델링하여 토크-전류 제어를 위한 D1-Q1축 제어와 부하분담 비율을 조정하기 위한 D2-Q2축 제어를 분리한 비결합 벡터 공간 분해 제어(Decoupled Vector Space Decomposition Control)를 수행하며, D1-Q1축 제어를 통해 두 3상 권선 그룹 간의 상호 간섭 현상을 억제할 수 있으며, D2-Q2축 제어를 통해 부하분담 비율을 조정하면서 어느 하나의 인버터에 고장이 발생된 경우 추가의 전환 구성없이 나머지 하나의 인버터가 100%의 분담 비율로 신속하게 운전 전환되도록 할 수 있는 효과가 있다.According to the fault response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor of the present invention, a 6-phase permanent magnet synchronous motor in which two three-phase windings are asymmetrically arranged is modeled as one motor and D1-Q1 for torque-current control. Decoupled Vector Space Decomposition Control is performed by separating axis control and D2-Q2 axis control to adjust the load sharing ratio, and mutual interference between two three-phase winding groups is prevented through D1-Q1 axis control. This phenomenon can be suppressed, and the load sharing ratio is adjusted through D2-Q2 axis control. If a failure occurs in one inverter, the remaining inverter quickly switches operation at a 100% sharing ratio without additional switching configuration. There is an effect that can be made as much as possible.

도 1은 일반적인 대칭형 6상 전동기의 권선 구조를 예시한 도면,
도 2는 일반적인 비대칭형 6상 전동기의 권선 구조를 예시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치를 예시한 블록도,
도 4는 본 발명에서 D1-Q1축 제어를 통해 토크-전류 제어를 수행하는 것을 개념적으로 묘사한 도면,
도 5는 본 발명에서 D2-Q2축 제어를 통해 부하분담 비율 제어를 수행하는 것을 개념적으로 묘사한 도면,
도 6은 본 발명에서 제1 인버터의 부하분담 비율을 100%로 제어하는 예를 보인 도면,
도 7은 본 발명에서 제2 인버터의 부하분담 비율을 100%로 제어하는 예를 보인 도면, 및
도 8은 본 발명에서 제2 인버터의 고장 시에 제1 인버터가 부하분담 비율 100%로 운전 전환되는 과정을 측정한 파형도이다.1 is a diagram illustrating the winding structure of a general symmetrical 6-phase electric motor;
Figure 2 is a diagram illustrating the winding structure of a general asymmetric 6-phase electric motor;
Figure 3 is a block diagram illustrating a fault response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor according to the present invention;
Figure 4 is a diagram conceptually depicting torque-current control through D1-Q1 axis control in the present invention;
Figure 5 is a diagram conceptually depicting load sharing ratio control through D2-Q2 axis control in the present invention;
Figure 6 is a diagram showing an example of controlling the load sharing ratio of the first inverter to 100% in the present invention;
Figure 7 is a diagram showing an example of controlling the load sharing ratio of the second inverter to 100% in the present invention, and
Figure 8 is a waveform diagram measuring the process in which the first inverter is switched to operation at a load sharing ratio of 100% when the second inverter fails in the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, specific embodiments according to the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.Throughout the specification, parts having similar structures and operations are given the same reference numerals. Additionally, the drawings attached to the present invention are for convenience of explanation, and the shape and relative scale may be exaggerated or omitted.

실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In describing the embodiments in detail, redundant descriptions or descriptions of techniques that are obvious in the field have been omitted. Additionally, in the following description, when a part is said to “include” other components, this means that it may include additional components in addition to the components described, unless specifically stated to the contrary.

또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. In addition, terms such as "unit", "unit", and "module" used in the specification refer to a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented through hardware or software or a combination of hardware and software. You can. Additionally, when a part is said to be electrically connected to another part, this includes not only the case where it is directly connected, but also the case where it is connected with another component in between.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.Terms containing ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, the second component may be referred to as the first component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.

도 3은 본 발명에 따른 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치를 예시한 블록도이다.Figure 3 is a block diagram illustrating a fault response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치는 토크-전류 제어부(100)와, 부하분담 비율 제어부(200)와, 비결합 벡터 공간 분해부(310)와, DQ 역변환기(320)와, 제1 PWM 신호 출력부(330)와, 제2 PWM 신호 출력부(340)와, 제1 인버터(350)와, 제2 인버터(360)와, DQ 변환기(370)로 구성된다. 토크-전류 제어부(100)는 토크 지령부(110)와, 제1 감산기(120)와, 제2 감산기(130)와, 제1 전류 제어부(140)와, 제2 전류 제어부(150)로 구성된다. 부하분담 비율 제어부(200)는 고장 진단 운전 제어부(210)와, 제1 인버터 부하분담 비율 조정부(220)와, 제2 인버터 부하분담 비율 조정부(230)와, 제3 감산기(240)와, 제4 감산기(250)와, 제3 전류 제어부(260)와, 제4 전류 제어부(270)로 구성된다.Referring to FIG. 3, the failure response operation device of the six-phase permanent magnet synchronous motor of the present invention includes a torque-current control unit 100, a load sharing ratio control unit 200, a non-coupled vector space decomposition unit 310, DQ inverse converter 320, first PWM signal output unit 330, second PWM signal output unit 340, first inverter 350, second inverter 360, and DQ converter 370 ) is composed of. The torque-current control unit 100 consists of a torque command unit 110, a first subtractor 120, a second subtractor 130, a first current control unit 140, and a second current control unit 150. do. The load sharing ratio control unit 200 includes a fault diagnosis operation control unit 210, a first inverter load sharing ratio adjusting unit 220, a second inverter load sharing ratio adjusting unit 230, a third subtractor 240, and a third subtractor 240. 4 It consists of a subtractor 250, a third current control unit 260, and a fourth current control unit 270.

먼저, 본 발명의 고장 대응 운전 장치는 도 2에 예시된 바와 같은 비대칭형 6상 전동기에 대하여 적용된다. a상, b상, c상의 3상 권선으로 구성되는 제1 권선 그룹에 대하여 x상, y상, z상의 3상 권선으로 구성되는 제2 권선 그룹은 비대칭으로 구성되며, 이를 통해 6고조파로 맥동하는 토크 맥동을 상쇄시킬 수 있다.First, the fault response operation device of the present invention is applied to an asymmetrical 6-phase electric motor as illustrated in FIG. 2. With respect to the first winding group consisting of the three-phase windings of the a-phase, b-phase, and c-phase, the second winding group consisting of the three-phase windings of the Torque pulsation can be canceled out.

본 발명에서 a상, b상, c상의 제1 권선 그룹은 제1 인버터(350)에 의해, x상, y상, z상의 제2 권선 그룹은 제2 인버터(360)에 의해 각각 개별적으로 제어된다. 하지만, 제1 권선 그룹과 제2 권선 그룹은 하나의 전동기로서 모델링되어 해석된다. In the present invention, the first winding group of the a-phase, b-phase, and c-phase is individually controlled by the first inverter 350, and the second winding group of the x-phase, y-phase, and z-phase is individually controlled by the second inverter 360. do. However, the first winding group and the second winding group are modeled and analyzed as one electric motor.

토크-전류 제어부(100)는 D1-Q1축 제어를 통해 하나의 전동기 모델에 대한 토크-전류 제어를 수행한다. 도 4의 예시에서와 같이, D1-Q1축은 각각 a, b, c 3상과 x, y, z 3상 성분의 합을 나타내며, 본 발명에서는 D1-Q1축을 이용하여 6상 전동기의 벡터 제어를 수행한다. 토크-전류 제어부(100)는 일정 토크 영역 안에서 전압 제어를 통해 전류 및 토크를 제어하는 MTPA(Maximum Torque Per Ampere) 제어를 수행하며, 인가 전압이 한계에 도달할 때 보다 높은 속도를 내기 위해 자속을 점차 낮게 제어하여 전류를 증가시키는 약자속 제어(FWC: Field Weakening Control)를 수행한다.The torque-current control unit 100 performs torque-current control for one electric motor model through D1-Q1 axis control. As in the example of FIG. 4, the D1-Q1 axis represents the sum of the three phases a, b, and c and the three phases x, y, and z, respectively. In the present invention, the D1-Q1 axis is used to perform vector control of the six-phase electric motor. Perform. The torque-current control unit 100 performs MTPA (Maximum Torque Per Ampere) control, which controls current and torque through voltage control within a certain torque area, and increases magnetic flux to achieve a higher speed when the applied voltage reaches the limit. Field Weakening Control (FWC) is performed to increase the current by gradually controlling it to a lower level.

부하분담 비율 제어부(200)는 D2-Q2축 제어를 통해 제1 인버터(350)과 제2 인버터(360)의 부하분담 비율을 조정한다. 도 5의 예시에서와 같이, D2-Q2축은 각각 a, b, c 3상과 x, y, z 3상 성분의 차를 나타낸다. 예를 들어, a, b, c 3상과 x, y, z 3상이 평형을 이룰 때 D2축과 Q2축의 크기는 영(zero)이 된다. 본 발명에서는 이러한 성격을 이용하여 부하분담 비율을 제어한다.The load sharing ratio control unit 200 adjusts the load sharing ratio of the first inverter 350 and the second inverter 360 through D2-Q2 axis control. As in the example of FIG. 5, the D2-Q2 axis represents the difference between the a, b, and c three-phase components and the x, y, and z three-phase components, respectively. For example, when the three phases a, b, and c and the three phases x, y, and z are in equilibrium, the sizes of the D2 and Q2 axes become zero. In the present invention, the load sharing ratio is controlled using this characteristic.

도 3을 참조하면, DQ 변환기(370)는 본 발명의 D1-Q1축 제어 및 D2-Q2축 제어를 위해 6상 전동기의 두 3상 권선에서 검출된 전류값을 D1-Q1축 좌표계와 D2-Q2축 좌표계 전류로 변환하는 수단이다. DQ 변환기(370)는 제1 권선 그룹으로부터 검출된 각 상 전류(ia, ib, ic), 제2 권선 그룹으로부터 검출된 각 상 전류(ix, iy, iz), 및 6상 영구자석 동기 전동기의 회전각(θr)을 아래의 (수식 1)을 이용하여 DQ 변환하는 것으로서, D1-Q1축 좌표계의 전류(iD1, iQ1)와 D2-Q2축 좌표계의 전류(iD2, iQ2)를 모델링한다.Referring to FIG. 3, the DQ converter 370 converts the current value detected in the two three-phase windings of the six-phase motor into the D1-Q1 axis coordinate system and the D2-Q2 axis coordinate system for D1-Q1 axis control and D2-Q2 axis control of the present invention. It is a means of converting to Q2-axis coordinate system current. DQ converter 370 each phase current (i a , i b , i c ) detected from the first winding group, each phase current (i x , i y , i z ) detected from the second winding group, and 6 The rotation angle (θ r ) of the permanent magnet synchronous motor is converted to DQ using Equation 1 below, and the current (i D1 , i Q1 ) in the D1-Q1 axis coordinate system and the current in the D2-Q2 axis coordinate system ( Model i D2 , i Q2 ).

(수식 1) (Formula 1)

여기서, iD1은 D1축 전류, iQ1는 Q1축 전류, iD2는 D2축 전류, iQ2는 Q2축 전류, θr은 6상 영구자석 동기 전동기의 실제 회전각, ia는 a상 전류, ib는 b상 전류, ic는 c상 전류, ix는 x상 전류, iy는 y상 전류, iz는 z상 전류이다.Here, i D1 is the D1-axis current, i Q1 is the Q1-axis current, i D2 is the D2-axis current, i Q2 is the Q2-axis current, θ r is the actual rotation angle of the 6-phase permanent magnet synchronous motor, and i a is the a-phase current. , i b is the b-phase current, i c is the c-phase current, i x is the x-phase current, i y is the y-phase current, and i z is the z-phase current.

토크 지령부(110)는 토크 지령(Te *)에 따라 D1축 전류 지령(iD1 *)과 Q1축 전류 지령(iQ1 *)을 생성한다. 제1 감산기(120)는 D1축 전류 지령(iD1 *)과 DQ 변환기(370)로부터 궤환된 D1축 전류(iD1)의 차분을 연산하며, 제1 전류 제어부(140)는 지령과 DQ 변환된 실측 전류의 차이를 비례적분하여 D1축 전압 지령(uD1 *)을 생성한다. 제2 감산기(130)는 Q1축 전류 지령(iQ1 *)과 DQ 변환기(370)로부터 궤환된 Q1축 전류(iQ1)의 차분을 연산하며, 제2 전류 제어부(150)는 지령과 DQ 변환된 실측 전류의 차이를 비례적분하여 Q1축 전압 지령(uQ1 *)을 생성한다.The torque command unit 110 generates a D1-axis current command (i D1 * ) and a Q1-axis current command (i Q1 * ) according to the torque command (T e * ). The first subtractor 120 calculates the difference between the D1-axis current command (i D1 * ) and the D1-axis current (i D1 ) fed back from the DQ converter 370, and the first current control unit 140 performs the command and DQ conversion. The D1-axis voltage command (u D1 * ) is generated by proportionally integrating the difference between the measured currents. The second subtractor 130 calculates the difference between the Q1-axis current command (i Q1 * ) and the Q1-axis current (i Q1 ) fed back from the DQ converter 370, and the second current control unit 150 performs command and DQ conversion. The Q1-axis voltage command (u Q1 * ) is generated by proportionally integrating the difference between the measured currents.

제1 인버터 부하분담 비율 조정부(220)는 Q1축 전류(iQ1)와 양의 부하분담 상수(CLR)를 곱셈하여 D2축 전류 지령(iD2 *)을 생성한다. 제2 인버터 부하분담 비율 조정부(230)는 D1축 전류(iD1)와 음의 부하분담 상수(-CLR)를 곱셈하여 Q2축 전류 지령(iQ2 *)을 생성한다. 여기서, 부하분담 상수(CLR)는 아래의 (수식 2)의 범위에 속해 있는 상수로서, 별도의 운전 제어부로부터 받은 신호에 의해 결정될 수 있다. 또한, 본 발명에서는 고장 진단 운전 제어부(210)가 부하분담 상수(CLR)를 결정할 수 있다.The first inverter load sharing ratio adjustment unit 220 multiplies the Q1 axis current (i Q1 ) and the positive load sharing constant (C LR ) to generate a D2 axis current command (i D2 * ). The second inverter load sharing ratio adjustment unit 230 multiplies the D1 axis current (i D1 ) and the negative load sharing constant (-C LR ) to generate a Q2 axis current command (i Q2 * ). Here, the load sharing constant (C LR ) is a constant within the range of (Equation 2) below, and can be determined by a signal received from a separate operation control unit. Additionally, in the present invention, the fault diagnosis operation control unit 210 can determine the load sharing constant (C LR ).

(수식 2) -1≤CLR≤1(Equation 2) -1≤C LR ≤1

제3 감산기(240)는 D2축 전류 지령(iD2 *)과 DQ 변환기(370)로부터 궤환된 D2축 전류(iD2)의 차분을 연산하며, 제3 전류 제어부(260)는 지령과 DQ 변환된 실측 전류의 차이를 비례적분하여 D2축 전압 지령(uD2 *)을 생성한다. 제4 감산기(250)는 Q2축 전류 지령(iQ2 *)과 DQ 변환기(370)로부터 궤환된 Q2축 전류(iQ2)의 차분을 연산하며, 제4 전류 제어부(270)는 지령과 DQ 변환된 실측 전류의 차이를 비례적분하여 Q2축 전압 지령(uQ2 *)을 생성한다.The third subtractor 240 calculates the difference between the D2-axis current command (i D2 * ) and the D2-axis current (i D2 ) fed back from the DQ converter 370, and the third current control unit 260 performs command and DQ conversion. The D2-axis voltage command (u D2 * ) is generated by proportionally integrating the difference between the measured currents. The fourth subtractor 250 calculates the difference between the Q2-axis current command (i Q2 * ) and the Q2-axis current (i Q2 ) fed back from the DQ converter 370, and the fourth current control unit 270 performs command and DQ conversion. The Q2-axis voltage command (u Q2 * ) is generated by proportionally integrating the difference between the measured currents.

본 발명에서 D2-Q2축 동기좌표계의 전류 지령은 아래의 (수식 3)에 의해 결정된다.In the present invention, the current command of the D2-Q2 axis synchronous coordinate system is determined by (Equation 3) below.

(수식 3)

Figure 112020143646819-pat00003
(Formula 3)
Figure 112020143646819-pat00003

위의 (수식 3)에서 부하분담 상수(CLR)가 1 이하의 양수일 경우, D2축 전류 지령(iD2 *)은 Q1축 전류(iQ1)에 비례하는 값이 되고, Q2축 전류 지령(iD2 *)은 D1축 전류(iD1)에 반비례하는 값이 된다. 만약, 부하분담 상수(CLR)가 1이라면, D2축 전류 지령(iD2 *)은 Q1축 전류(iQ1)와 동일하게 되며, Q2축 전류 지령(iD2 *)은 D1축 전류(iD1)의 음수와 동일하게 된다. 즉, 부하분담 상수(CLR)가 1 이하의 양수일 때는 a, b, c 3상 권선을 제어하는 제1 인버터(350)의 분담 비율이 높다는 것을 의미하며, 1일 경우에는 제1 인버터(350)가 100%의 부하를 분담하는 것을 의미한다. 반대로 부하분담 상수(CLR)가 -1 이상의 음수일 경우에는 제2 인버터(360)의 분담 비율이 높다는 것을 의미하며, -1일 경우에는 제2 인버터(360)가 100%의 부하를 분담하는 것을 의미한다. 만약 부하분담 상수(CLR)가 영(zero)이라면 D2축 전류 지령(iD2 *)과 Q2축 전류 지령(iD2 *)이 모두 없어지고, 궤환 전류가 그대로 입력되어 두 인버터가 50%씩의 부하를 분담한다는 것을 의미한다.In the above (Equation 3), if the load sharing constant (C LR ) is a positive number of 1 or less, the D2-axis current command (i D2 * ) becomes a value proportional to the Q1-axis current (i Q1 ), and the Q2-axis current command ( i D2 * ) becomes a value inversely proportional to the D1 axis current (i D1 ). If the load sharing constant (C LR ) is 1, the D2-axis current command (i D2 * ) becomes the same as the Q1-axis current (i Q1 ), and the Q2-axis current command (i D2 * ) is equal to the D1-axis current (i It becomes the same as the negative number of D1 ). That is, when the load sharing constant (C LR ) is a positive number of 1 or less, it means that the sharing ratio of the first inverter 350, which controls the three-phase windings a, b, and c, is high, and when it is 1, the sharing ratio of the first inverter 350 ) means sharing 100% of the load. Conversely, when the load sharing constant (C LR ) is a negative number of -1 or more, it means that the sharing ratio of the second inverter 360 is high, and when it is -1, the second inverter 360 shares 100% of the load. means that If the load sharing constant (C LR ) is zero, both the D2-axis current command (i D2 * ) and the Q2-axis current command (i D2 * ) disappear, and the feedback current is input as is, causing both inverters to operate at 50% each. This means sharing the load.

즉, 제1 인버터(350)의 부하분담 비율은 "(CLR+1)/2"로 나타낼 수 있고, 제2 인버터(360)의 부하분담 비율은 "(-CLR+1)/2"로 나타낼 수 있다. 본 발명에서는 부하분담 상수(CLR)를 -1에서 1 사이의 값으로 설정하여 D2-Q2축 제어를 수행하는 것으로서, 제1 인버터(350)와 제2 인버터(360)의 부하분담 비율을 조정할 수 있다.That is, the load sharing ratio of the first inverter 350 can be expressed as “(C LR +1)/2”, and the load sharing ratio of the second inverter 360 can be expressed as “(-C LR +1)/2”. It can be expressed as In the present invention, D2-Q2 axis control is performed by setting the load sharing constant (C LR ) to a value between -1 and 1, and the load sharing ratio of the first inverter 350 and the second inverter 360 is adjusted. You can.

여기서, 제1 인버터(350) 또는 제2 인버터 중 어느 하나가 고장 나서 동작 불능에 빠진 경우를 가정해보자. 제2 인버터(360)의 동작 불능 시에 고장 진단 운전 제어부(210)는 부하분담 상수(CLR)를 1로 설정한다. 도 6에서와 같이 D2축 전류 지령(iD2 *)이 Q1축 전류(iQ1)와 동일하게 되며, Q2축 전류 지령(iD2 *)은 D1축 전류(iD1)의 음수와 동일하게 되어 제1 인버터(350)가 100%의 부하분담 비율로 운전한다. 반대로 제1 인버터(350)가 동작 불능에 빠진 경우, 고장 진단 운전 제어부(210)는 부하분담 상수(CLR)를 -1로 설정한다. 도 7에서와 같이 D2축 전류 지령(iD2 *)이 Q1축 전류(iQ1)의 음수와 동일하게 되며, Q2축 전류 지령(iD2 *)은 D1축 전류(iD1)와 동일하게 되어 제2 인버터(350)가 100%의 부하분담 비율로 운전한다.Here, let us assume a case where either the first inverter 350 or the second inverter breaks down and becomes inoperable. When the second inverter 360 is inoperable, the fault diagnosis operation control unit 210 sets the load sharing constant (C LR ) to 1. As shown in Figure 6, the D2-axis current command (i D2 * ) is equal to the Q1-axis current (i Q1 ), and the Q2-axis current command (i D2 * ) is equal to the negative number of the D1-axis current (i D1 ). The first inverter 350 operates at a load sharing ratio of 100%. Conversely, when the first inverter 350 is inoperable, the fault diagnosis operation control unit 210 sets the load sharing constant (C LR ) to -1. As shown in Figure 7, the D2-axis current command (i D2 * ) is equal to the negative number of the Q1-axis current (i Q1 ), and the Q2-axis current command (i D2 * ) is equal to the D1-axis current (i D1 ). The second inverter 350 operates at a load sharing ratio of 100%.

다시 도 3을 참조하면, 비결합 벡터 공간 분해부(310)는 토크-전류 제어부(100)에서 출력되는 토크-전류 제어 지령, 즉, D1-Q1축 전압 지령(uD1 *, uQ1 *)과 부하분담 비율 제어부(200)에서 출력되는 부하분담 제어 지령, 즉, D2-Q2축 전압 지령(uD2 *, uQ2 *)을 입력받고, 6상 영구자석 동기 전동기에서 검출되는 실제 회전각속도(ωr)에 따라 D1-Q1축 제어 전압(uD1, uQ1)과 D2-Q2축 제어 전압(uD2, uQ2)을 출력한다.Referring again to FIG. 3, the non-coupled vector space decomposition unit 310 decomposes the torque-current control command output from the torque-current control unit 100, that is, the D1-Q1 axis voltage command (u D1 * , u Q1 * ) The load sharing control command output from the overload sharing ratio control unit 200, that is, the D2-Q2 axis voltage command (u D2 * , u Q2 * ), is input, and the actual rotational angular speed detected in the 6-phase permanent magnet synchronous motor ( According to ω r ), the D1-Q1 axis control voltage (u D1 , u Q1 ) and D2-Q2 axis control voltage (u D2 , u Q2 ) are output.

DQ 역변환기(320)는 D1-Q1축 제어 전압(uD1, uQ1)과 D2-Q2축 제어 전압(uD2, uQ2)을 제1 인버터 제어 전압(uabc)과 제2 인버터 제어 전압(uxyz)으로 역변환 한다. 제1 PWM 신호 출력부(330)는 제1 인버터 제어 전압(uabc)에 따라 제1 권선 그룹의 공간 벡터 제어를 위한 제1 PWM 신호를 생성하여 제1 인버터(350)에 공급하며, 제2 PWM 신호 출력부(340)는 제2 인버터 제어 전압(uxyz)에 따라 제2 권선 그룹의 공간 벡터 제어를 위한 제2 PWM 신호를 생성하여 제2 인버터(360)에 공급한다.The DQ inverter 320 converts the D1-Q1 axis control voltage (u D1 , u Q1 ) and the D2-Q2 axis control voltage (u D2 , u Q2 ) into the first inverter control voltage (u abc ) and the second inverter control voltage. Inversely convert to (u xyz ). The first PWM signal output unit 330 generates a first PWM signal for space vector control of the first winding group according to the first inverter control voltage (u abc ) and supplies it to the first inverter 350, and supplies the second PWM signal to the first inverter 350. The PWM signal output unit 340 generates a second PWM signal for space vector control of the second winding group according to the second inverter control voltage (u xyz ) and supplies it to the second inverter 360.

도 8은 본 발명에서 제2 인버터의 고장 시에 제1 인버터가 부하분담 비율 100%로 운전 전환되는 과정을 측정한 파형도이다.Figure 8 is a waveform diagram measuring the process in which the first inverter is switched to operation at a load sharing ratio of 100% when the second inverter fails in the present invention.

도시한 바와 같이, 6상 전동기가 기동을 개시하고 0.5초까지 제1 인버터(350)와 제2 인버터(360)가 각각 50%의 부하분담 비율로 동작하고 있다. 0.5초까지 제1 권선 그룹의 a, b, c상 전류와 제2 권선 그룹의 x, y, z상 전류는 모두 동일한 크기로 관측되고 있다. 0.5초 지점에서 제2 인버터(360)에 고장이 발생된 것으로 가정하고, 고장 진단 운전 제어부(210)가 부하분담 상수(CLR)를 1로 설정 변경하였다. 제2 인버터(360)의 동작이 즉시 정지되며, 제2 권선 그룹에서의 전류는 영(zero)으로 떨어진 반면, 제1 인버터(350)가 100%의 분담비율로 전환되고 제1 권선 그룹에서의 전류 크기가 거의 2배로 증가하였다.As shown, the first inverter 350 and the second inverter 360 each operate at a load sharing ratio of 50% until 0.5 seconds after the 6-phase motor starts. Up to 0.5 seconds, the a, b, and c phase currents of the first winding group and the x, y, and z phase currents of the second winding group are all observed to be of the same magnitude. Assuming that a failure occurred in the second inverter 360 at the 0.5 second point, the failure diagnosis operation control unit 210 changed the load sharing constant (C LR ) to 1. The operation of the second inverter 360 is immediately stopped, and the current in the second winding group drops to zero, while the first inverter 350 switches to a sharing ratio of 100% and the current in the first winding group The current magnitude almost doubled.

도 8의 좌측 그래프에서와 같이 D1-Q1축 제어를 통한 토크-전류 제어가 수행되어 0.5초에서 1초 사이의 지점에서 MTPA 제어로부터 약자속 제어(FWC)로 전환되는 것을 확인할 수 있으며, 이에 대응하여 제1 권선 그룹에서의 전류 크기 역시 감소되고 있다. 부하 토크는 토크 지령에 근사한 수준으로 유지되고 있으며, 부하분담 비율을 전환하였음에도 토크 맥동이 발생되는 지점은 관측되지 않았다.As shown in the left graph of Figure 8, it can be seen that torque-current control is performed through D1-Q1 axis control, switching from MTPA control to flux control (FWC) at a point between 0.5 seconds and 1 second, and corresponding Therefore, the current magnitude in the first winding group is also reduced. The load torque was maintained at a level close to the torque command, and no point where torque pulsation occurred was observed even though the load sharing ratio was changed.

위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.The invention disclosed above can be modified in various ways without damaging the basic idea. In other words, all of the above embodiments should be interpreted as illustrative and not limited. Therefore, the scope of protection of the present invention should be determined based on the attached claims, not the above-described embodiments, and if the components defined in the attached claims are replaced with equivalents, this should be considered to fall within the scope of protection of the present invention.

100 : 토크-전류 제어부 110 : 토크 지령부
120 : 제1 감산기 130 : 제2 감산기
140 : 제1 전류 제어부 150 : 제2 전류 제어부
200 : 부하분담 비율 제어부 210 : 고장 진단 운전 제어부
220 : 제1 인버터 부하분담 비율 조정부
230 : 제2 인버터 부하분담 비율 조정부
240 : 제3 감산기 250 : 제4 감산기
260 : 제3 전류 제어부 270 : 제4 전류 제어부
310 : 비결합 벡터 공간 분해부 320 : DQ 역변환기
330 : 제1 PWM 신호 출력부 340 : 제2 PWM 신호 출력부
350 : 제1 인버터 360 : 제2 인버터
370 : DQ 변환기100: Torque-current control unit 110: Torque command unit
120: first subtractor 130: second subtractor
140: first current control unit 150: second current control unit
200: load sharing ratio control unit 210: fault diagnosis operation control unit
220: First inverter load sharing ratio adjustment unit
230: Second inverter load sharing ratio adjustment unit
240: third subtractor 250: fourth subtractor
260: third current control unit 270: fourth current control unit
310: Non-coupled vector space decomposition unit 320: DQ inverse transformer
330: first PWM signal output unit 340: second PWM signal output unit
350: first inverter 360: second inverter
370:DQ Converter

Claims (7)

a상, b상, c상의 3상 권선으로 구성되는 제1 권선 그룹과, x상, y상, z상의 3상 권선으로 구성되는 제2 권선 그룹을 포함하되, 제1 권선 그룹과 제2 권선 그룹이 비대칭으로 구성되는 6상 영구자석 동기 전동기;
상기 제1 권선 그룹의 동작을 제어하는 제1 인버터;
상기 제2 권선 그룹의 동작을 제어하는 제2 인버터;
상기 제1 권선 그룹으로부터 검출된 각 상 전류(ia, ib, ic), 상기 제2 권선 그룹으로부터 검출된 각 상 전류(ix, iy, iz), 및 상기 6상 영구자석 동기 전동기의 회전각(θr)을 DQ 변환하여 D1-Q1축 좌표계의 전류(iD1, iQ1)와 D2-Q2축 좌표계의 전류(iD2, iQ2)로 변환하는 DQ 변환기;
토크 지령(Te *)에 따라 D1-Q1축 전류 지령(iD1 *, iQ1 *)을 생성하며 상기 D1-Q1축 좌표계의 전류(iD1, iQ1)를 궤환받아 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터의 동작을 제어하는 토크-전류 제어부; 및
상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터의 고장 진단 결과에 따라 생성된 D2-Q2축 전류 지령(iD2 *, iQ2 *)에 따라 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터의 분담 비율을 제어하는 부하분담 비율 제어부
를 포함하며,
상기 DQ 변환기는 아래의 (수식 1)에 의해 상기 D1-Q1축 좌표계의 전류(iD1, iQ1)와 상기 D2-Q2축 좌표계의 전류(iD2, iQ2)를 모델링하며,
상기 부하분담 비율 제어부는,
상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터의 고장 진단 결과에 따라 아래의 (수식 2)의 범위에 있는 부하분담 상수(CLR)를 출력하는 고장 진단 운전 제어부;
상기 Q1축 전류(iQ1)와 양의 부하분담 상수(CLR)를 곱셈하여 D2축 전류 지령(iD2 *)을 생성하는 제1 인버터 부하분담 비율 조정부; 및
상기 D1축 전류(iD1)와 음의 부하분담 상수(-CLR)를 곱셈하여 Q2축 전류 지령(iQ2 *)을 생성하는 제2 인버터 부하분담 비율 조정부
를 포함하는 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치.
(수식 1)
여기서, iD1은 D1축 전류, iQ1는 Q1축 전류, iD2는 D2축 전류, iQ2는 Q2축 전류, θr은 6상 영구자석 동기 전동기의 실제 회전각, ia는 a상 전류, ib는 b상 전류, ic는 c상 전류, ix는 x상 전류, iy는 y상 전류, iz는 z상 전류이다.
(수식 2) -1≤CLR≤1
A first winding group consisting of three-phase windings of a-phase, b-phase, and c-phase, and a second winding group consisting of three-phase windings of x-phase, y-phase, and z-phase, wherein the first winding group and the second winding A six-phase permanent magnet synchronous motor in which the groups are configured asymmetrically;
a first inverter controlling the operation of the first winding group;
a second inverter controlling the operation of the second winding group;
Each phase current (i a , i b , i c ) detected from the first winding group, each phase current (i x , i y , i z ) detected from the second winding group, and the six-phase permanent magnet A DQ converter that DQ converts the rotation angle (θ r ) of the synchronous motor into currents (i D1 , i Q1 ) in the D1-Q1 axis coordinate system and currents (i D2 , i Q2 ) in the D2-Q2 axis coordinate system;
According to the torque command (T e * ), the D1-Q1 axis current command (i D1 * , i Q1 * ) is generated, and the current (i D1 , i Q1 ) of the D1-Q1 axis coordinate system is fed back to the first inverter and a torque-current control unit that controls the operation of the second inverter; and
A load that controls the sharing ratio of the first inverter and the second inverter according to the D2-Q2 axis current command (i D2 * , i Q2 * ) generated according to the fault diagnosis results of the first inverter and the second inverter. Share ratio control unit
Includes,
The DQ converter models the current (i D1 , i Q1 ) of the D1-Q1 axis coordinate system and the current (i D2 , i Q2 ) of the D2-Q2 axis coordinate system by (Equation 1) below,
The load sharing ratio control unit,
a fault diagnosis operation control unit that outputs a load sharing constant (C LR ) in the range of (Equation 2) below according to the fault diagnosis results of the first inverter and the second inverter;
A first inverter load sharing ratio adjuster that generates a D2 axis current command (i D2 * ) by multiplying the Q1 axis current (i Q1 ) and a positive load sharing constant (C LR ); and
A second inverter load sharing ratio adjuster that generates a Q2 axis current command (i Q2 * ) by multiplying the D1 axis current (i D1 ) and the negative load sharing constant (-C LR ).
A fault response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor including.
(Formula 1)
Here, i D1 is the D1-axis current, i Q1 is the Q1-axis current, i D2 is the D2-axis current, i Q2 is the Q2-axis current, θ r is the actual rotation angle of the 6-phase permanent magnet synchronous motor, and i a is the a-phase current. , i b is the b-phase current, i c is the c-phase current, i x is the x-phase current, i y is the y-phase current, and i z is the z-phase current.
(Equation 2) -1≤C LR ≤1
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 고장 진단 운전 제어부는, 상기 제2 인버터의 동작 불능 시에 상기 부하분담 상수(CLR)를 1로 설정하며, 상기 제1 인버터의 동작 불능 시에 상기 부하분담 상수(CLR)를 -1로 설정하는 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치.
According to paragraph 1,
The fault diagnosis operation control unit sets the load sharing constant (C LR ) to 1 when the second inverter is inoperable, and sets the load sharing constant (C LR ) to -1 when the first inverter is inoperable. A fault response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor set to .
 제1항에 있어서,
상기 토크-전류 제어부는,
토크 지령(Te *)에 따라 D1축 전류 지령(iD1 *)과 Q1축 전류 지령(iQ1 *)을 생성하는 토크 지령부;
상기 D1축 전류 지령(iD1 *)과 상기 DQ 변환기로부터 궤환된 상기 D1축 전류(iD1)의 차분을 입력받고 비례적분하여 D1축 전압 지령(uD1 *)을 생성하는 제1 전류 제어부; 및
상기 Q1축 전류 지령(iQ1 *)과 상기 DQ 변환기로부터 궤환된 상기 Q1축 전류(iQ1)의 차분을 입력받고 비례적분하여 Q1축 전압 지령(uQ1 *)을 생성하는 제2 전류 제어부
를 포함하는 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치.
According to paragraph 1,
The torque-current control unit,
A torque command unit that generates a D1-axis current command (i D1 * ) and a Q1-axis current command (i Q1 * ) according to the torque command (T e * );
A first current control unit that receives the difference between the D1-axis current command (i D1 * ) and the D1-axis current (i D1 ) fed back from the DQ converter and proportionally integrates the difference to generate a D1-axis voltage command (u D1 * ); and
A second current control unit that receives the difference between the Q1-axis current command (i Q1 * ) and the Q1-axis current (i Q1 ) fed back from the DQ converter and proportionally integrates it to generate a Q1-axis voltage command (u Q1 * )
A fault response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor including.
 제1항에 있어서,
상기 부하분담 비율 제어부는,
상기 D2축 전류 지령(iD2 *)과 상기 DQ 변환기로부터 궤환된 상기 D2축 전류(iD2)의 차분을 입력받고 비례적분하여 D2축 전압 지령(uD2 *)을 생성하는 제3 전류 제어부; 및
상기 Q2축 전류 지령(iQ2 *)과 상기 DQ 변환기로부터 궤환된 상기 Q2축 전류(iQ2)의 차분을 입력받고 비례적분하여 Q2축 전압 지령(uQ2 *)을 생성하는 제4 전류 제어부
를 더 포함하는 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치.
According to paragraph 1,
The load sharing ratio control unit,
A third current control unit that receives the difference between the D2-axis current command (i D2 * ) and the D2-axis current (i D2 ) fed back from the DQ converter and proportionally integrates the difference to generate a D2-axis voltage command (u D2 * ); and
A fourth current control unit that receives the difference between the Q2-axis current command (i Q2 * ) and the Q2-axis current (i Q2 ) fed back from the DQ converter and proportionally integrates it to generate a Q2-axis voltage command (u Q2 * ).
A fault response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor further comprising:
 제1항에 있어서,
상기 토크-전류 제어부에서 출력되는 토크-전류 제어 지령(uD1 *, uQ1 *)과 상기 부하분담 비율 제어부에서 출력되는 부하분담 제어 지령(uD2 *, uQ2 *)을 입력받고, 상기 6상 영구자석 동기 전동기에서 검출되는 실제 회전각속도(ωr)에 따라 D1-Q1축 제어 전압(uD1, uQ1)과 D2-Q2축 제어 전압(uD2, uQ2)을 출력하는 비결합 벡터 공간 분해부;
상기 D1-Q1축 제어 전압(uD1, uQ1)과 상기 D2-Q2축 제어 전압(uD2, uQ2)을 상기 제1 인버터 제어 전압(uabc)과 상기 제2 인버터 제어 전압(uxyz)으로 역변환하는 DQ 역변환기;
상기 제1 인버터 제어 전압(uabc)에 따라 상기 제1 권선 그룹의 공간 벡터 제어를 위한 제1 PWM 신호를 생성하여 상기 제1 인버터에 공급하는 제1 PWM 신호 출력부; 및
상기 제2 인버터 제어 전압(uxyz)에 따라 상기 제2 권선 그룹의 공간 벡터 제어를 위한 제2 PWM 신호를 생성하여 상기 제2 인버터에 공급하는 제2 PWM 신호 출력부
를 더 포함하는 6상 영구자석 동기 전동기의 고장 대응 운전 장치.According to paragraph 1,
The torque-current control command (u D1 * , u Q1 * ) output from the torque-current control unit and the load sharing control command (u D2 * , u Q2 * ) output from the load sharing ratio control unit are input, and the 6 A non-coupled vector that outputs the D1-Q1 axis control voltage (u D1 , u Q1 ) and the D2-Q2 axis control voltage (u D2 , u Q2 ) according to the actual rotational angular speed (ω r ) detected in the permanent magnet synchronous motor. spatial decomposition unit;
The D1-Q1 axis control voltage (u D1 , u Q1 ) and the D2-Q2 axis control voltage (u D2 , u Q2 ) are combined with the first inverter control voltage (u abc ) and the second inverter control voltage (u xyz ). ) DQ inverse converter to invert;
a first PWM signal output unit that generates a first PWM signal for space vector control of the first winding group according to the first inverter control voltage (u abc ) and supplies it to the first inverter; and
A second PWM signal output unit that generates a second PWM signal for space vector control of the second winding group according to the second inverter control voltage (u xyz ) and supplies it to the second inverter.
A fault response operation device for a 6-phase permanent magnet synchronous motor further comprising:
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Decoupled Vector Control Scheme for Dual Three-Phase Permanent Magnet Synchronous Machines, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 61, NO. 5, MAY 2014*

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