KR19980045349U - Dead time compensation device using integral value of output voltage - Google Patents
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Abstract
출력전압의 적분치를 이용한 데드타임 보상장치는 인버터 및 인버터에서 출력되는 전압을 절연 및 강압하여 전압을 검출하는 전압검출부를 구비하고, 상기 인버터 출력전압의 기준이 되는 기준자속을 발생하는 기준자속발생부; 상기 전압검출부로 부터 검출된 전압을 적분하여 유사자속으로 변환하는 적분부; 상기 변환된 유사자속과 상기 기준자속 발생부에서 발생한 유사자속의 차이를 계산하는 유사자속 오차 검출부; 상기 검출된 유사자속 오차를 전압벡터로 변환하는 전압벡터 발생부; 상기 변환된 전압벡터를 PWM파형으로 변환하여 상기 인버터를 구동하는 펄스폭변조부를 포함하여 구성되어 데드타임에 의해서 왜곡되고 노이즈성분이 함유된 펄스형태의 출력전압을 적분기를 이용하여 연속적인 양의 유사자속성분으로 만들고, 기준 자속과 피드백된 유사자속의 차이에서 다음 PWM파형을 구하므로서 간단하고, 노이즈에 강한 데드타임을 보상할 수 있도록 한 것이다.The dead time compensation device using the integral value of the output voltage includes an inverter and a voltage detector for detecting a voltage by isolating and stepping down the voltage output from the inverter, and a reference magnetic flux generator for generating a reference magnetic flux as a reference of the inverter output voltage. ; An integrating unit for integrating the voltage detected by the voltage detecting unit and converting it into a pseudo magnetic flux; A similar magnetic flux error detector for calculating a difference between the converted similar magnetic flux and the similar magnetic flux generated by the reference magnetic flux generating unit; A voltage vector generator for converting the detected similar magnetic flux error into a voltage vector; A pulse width modulator for driving the inverter by converting the converted voltage vector into a PWM waveform, which is distorted by dead time and contains a continuous amount of analogous output voltage in the form of a pulse using an integrator. By making the magnetic flux component and obtaining the next PWM waveform from the difference between the reference magnetic flux and the feedback similar magnetic flux, it is possible to compensate for dead time that is simple and resistant to noise.
Description
본 고안은 인버터의 출력전압을 이용한 타임보상에 관한 것으로서, 특히 스위칭주파수가 낮고 출력전압에 스너버동작에 따른 전압의 변동이 있는 대용량 GTO인버터에 적당하도록 한 출력전압의 적분치를 이용한 데드타임 보상장치에 관한 것이다.The present invention relates to time compensation using an output voltage of an inverter, and particularly, a dead time compensation device using an integral value of an output voltage that is suitable for a large-capacity GTO inverter having a low switching frequency and fluctuations in voltage due to snubber operation. It is about.
일반적으로, 수 MVA이상의 대용량 가변속 드라이버(Driver)에는 스위칭소자로서 고전압, 대전류의 턴온/오프(Turn on/off)가 가능한 GTO(Gate Turn Off)소자가 사용된다.In general, a GTO (Gate Turn Off) device capable of turning on / off high voltage and large current is used as a switching device for a large capacity variable speed driver of several MVA or more.
그러나, 상기 GTO소자의 낮은 스위칭 주파수동작, 스너버 동작, 수백 μsec이상의 데드타임(dea time)의 영향으로 대용량 가변속 제어기의 출력전압은 왜곡되어 모타부하에 의한 손실의 증가, 큰 토크 리플(toque ripple)의 발생으로 인한 드라이버 시스템의 불안정화 등을 초래하는 문제점이 있었다.However, due to the low switching frequency operation, snubber operation, and dead time of several hundred μsec or more of the GTO device, the output voltage of the large-capacity variable speed controller is distorted to increase the loss due to the motor load and toque ripple ), There is a problem that causes the destabilization of the driver system due to the occurrence of.
따라서, 현재 가변속 드라이버에서의 이러한 문제를 해결하기 위하여 여러 가지 방법들이 강구되고 있는 실정이다.Therefore, various methods have been devised to solve this problem in the variable speed driver.
이하, 종래 기술에 따른 데드타임 보상장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a dead time compensation apparatus according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 기술에 따른 데드타임 보상장치의 블록구성을 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing a dead time compensation apparatus according to the prior art.
도 1을 참조하여 그 구성을 살펴보면, 6개의 GTO소자로 구성된 인버터(13); 인버터(13)의 동작에 따라 구동되는 유도전동기(17); 상기 인버터(13)의 출력전압의 기준이 되는 전압을 발생하는 기준전압 발생부(10); 상기 발생된 기준전압을 한번의 인터랍트 시간만큼 지연시키는 지연부(11); 상기 인버터(13)에서 출력되는 3상전압을 절연 및 강압하여 일 전압을 검출하여 출력하는 검출부(14); 상기 지연부(11)에서 출력되는 지연된 기준전압값에서 상기 검출부(14)에서 검출된 일 전압값을 빼서 출력전압오차를 검출하는 전압오차 검출부(16); 상기 출력전압오차 검출부(16)에서 검출된 전압오차를 상기 기준전압 발생부(10)에서 발생한 기준전압과 가산하여 데드타임이나 스너버작용으로 인한 출력전압오차를 보상하는 데드타임 보상부(15); 상기 데드타임 보상부(15)에서 보상된 보상전압을 상기 인버터(13)에 적합한 PWM파형으로 변환하여 상기 인버터(13)로 출력하는 펄스폭 변조부(12)로 구성된다.Looking at the configuration with reference to Figure 1, an inverter 13 consisting of six GTO elements; An induction motor 17 driven according to the operation of the inverter 13; A reference voltage generator 10 generating a voltage that is a reference of the output voltage of the inverter 13; A delay unit 11 for delaying the generated reference voltage by one interrupt time; A detector 14 for isolating and stepping down the three-phase voltage output from the inverter 13 to detect and output one voltage; A voltage error detection unit (16) for detecting an output voltage error by subtracting one voltage value detected by the detection unit (14) from the delayed reference voltage value output from the delay unit (11); The dead time compensator 15 compensates the output voltage error due to dead time or snubber by adding the voltage error detected by the output voltage error detector 16 to the reference voltage generated by the reference voltage generator 10. ; The pulse width modulator 12 converts the compensation voltage compensated by the dead time compensator 15 into a PWM waveform suitable for the inverter 13 and outputs the result to the inverter 13.
상기 구성에 대한 동작을 살펴보기로 한다.An operation of the configuration will be described.
우선, 상술된 데드타임이란 상기 인버터(13)의 한 상을 구성하는 2개의 스위칭소자가 동시에 턴온되는 것을 방지하기 위해 스위칭동작시 2개의 스위칭 소자가 동시에 턴오프되도록 강제적으로 삽입된 구간이다.First, the dead time described above is a section in which two switching elements constituting one phase of the inverter 13 are forcibly inserted so that two switching elements are turned off at the same time during the switching operation.
또한, 데드타임 보상이란 상기 삽입된 데드타임으로 인하여 발생되는 출력전압의 왜곡을 최소화시키는 방법으로서, 도 1에 도시된 인버터(13)에서 데드타임으로 인해 왜곡된 인버터(13) 출력전압이 기준전압 발생부(10)의 기준전압을 추종하도록 하는 것이다.In addition, the dead time compensation is a method of minimizing the distortion of the output voltage generated due to the inserted dead time, and the output voltage of the inverter 13 distorted due to dead time in the inverter 13 shown in FIG. This is to follow the reference voltage of the generator 10.
여기서, 기준전압발생부(10), 지연부(11), 전압오차 검출부(16), 데드타임 보상부(15), 펄스폭 변조부(12) 및 검출부(14)는 각 상에 대하여 독립적으로 같은 방법으로 동작하므로 한 상에 대해서 K번째 구간에서의 동작을 설명하기로 한다.Here, the reference voltage generator 10, delay unit 11, voltage error detector 16, dead time compensator 15, pulse width modulator 12 and detector 14 are independent of each phase. Since it operates in the same way, the operation in the K-th section will be described for one phase.
상기 기준전압 발생부(10)에서는 벡터제어, V/F(Voltage/Frequence)제어 등의 결과로 기준전압 V(k)를 발생시키며, 인버터(13)에서는 k-1번째 구간에서 계산된 출력전압이 데드타임으로 왜곡되어 발생된다.The reference voltage generator 10 generates a reference voltage V (k) as a result of vector control, voltage / frequence (V / F) control, and the like. In the inverter 13, the output voltage calculated in the k-1 period. This is caused by distortion in dead time.
그리고, 출력전압 검출부(14)는 인버터(13)의 출력전압을 절연 및 강압하여 전압오차 검출부(16)에서 사용하기 적당한 전압값으로 변환시킨값 Vs(k-1) 을 발생시키는 것이다.The output voltage detector 14 insulates and steps down the output voltage of the inverter 13 to generate a value V s (k-1) which is converted into a voltage value suitable for use by the voltage error detector 16.
상기 출력오차 검출부(16)에서 지연부(11)를 통과한 기준전압(V(k-1)과 상기 출력전압 검출부(14)의 출력 전압값 Vs(k-1)의 차 △V(k-1)을 계산한다.The difference ΔV (k between the reference voltage V (k-1) passed through the delay unit 11 from the output error detector 16 and the output voltage value V s (k-1) of the output voltage detector 14. Calculate -1)
이때, 차 △V(k-1)는 k-1번째 구간에서 데드타임에 의하여 인버터(13) 출력 전압에 가감된 출력전압오차를 나타낸다.At this time, the difference DELTA V (k-1) represents the output voltage error added to or subtracted from the inverter 13 output voltage by the dead time in the k-1 th period.
따라서, 데드타임 보상부(15)에서는 전압오차 검출부(16)에서 검출된 출력전압오차 △V(k-1)를 기준전압 발생부(10)의 기준전압 V(k)에 가산하여 데드타임이나 스너버 작용으로 인한 출력전압 오차를 보상한 보상전압 Vc(k)를 구하는 것이다.Accordingly, the dead time compensator 15 adds the output voltage error ΔV (k-1) detected by the voltage error detector 16 to the reference voltage V (k) of the reference voltage generator 10, thereby increasing dead time or the like. The compensation voltage V c (k) that compensates the output voltage error due to the snubber action is obtained.
여기서, 펄스폭 변조부(12)는 상기 데드타임 보상부(15)에서 데드타임이 보상된 보상전압 Vc(k)를 PWM파형으로 변환시켜 인버터(13)를 구동하므로서, 매 구산마다 그 전 구간의 데드타임 효과를 보상하게 되는 것이다.Here, the pulse width modulator 12 converts the compensation voltage V c (k) of which the dead time is compensated for by the dead time compensator 15 into a PWM waveform to drive the inverter 13, so that the previous operation is performed every time. The dead time effect of the section will be compensated.
종래 기술에 따른 출력전압의 적분치를 이용한 데드타임 보상장치는 데드타임 보상이 각 상마다 개별적으로 이루어지므로 제어기의 구성요소가 증가되는 문제점이 있다.The dead time compensation device using the integrated value of the output voltage according to the prior art has a problem that the components of the controller is increased because the dead time compensation is performed for each phase individually.
또한, 펄스 형태의 출력전압에서 기준전압과 비교될 연속적인 양의 Vs(k-1)의 구현이 어려우며 노이즈의 영향을 많이 받는 다른 문제점이 있다.In addition, it is difficult to implement a continuous amount of V s (k-1) to be compared with the reference voltage in the output voltage in the form of a pulse and there is another problem that is greatly affected by noise.
따라서, 본 고안은 상기한 종래 기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 본 고안의 목적은 상기 종래 문제점인 출력전압을 이용한 데드타임 보상의 구현상의 어려움과 복잡함을 해소하므로서, 출력전압의 적분치를 이용하여 데드타임의 효과적인 보상을 하도록 한 출력전압의 적분치를 이용한 데드타임 보상장치를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems according to the prior art, the object of the present invention is to solve the difficulty and complexity of the implementation of the dead time compensation using the output voltage, the conventional problem, the integration of the output voltage It is to provide a dead time compensation device using the integral value of the output voltage to effectively compensate the dead time by using the.
도 1은 종래 기술에 따른 데드타임 보상장치의 블록구성을 나타낸 도면1 is a block diagram showing a dead time compensation apparatus according to the prior art
도 2는 본 고안에 따른 출력전압의 적분치를 이용한 데드타임 보상장치의 블록구성을 나타낸 도면2 is a block diagram illustrating a dead time compensation device using an integral value of an output voltage according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
20 : 기준자속 발생부21 : 자속오차 검출부20: reference flux generator 21: magnetic flux error detection unit
22 : 전압벡터 발생부23 : 펄스폭 변조부22: voltage vector generator 23: pulse width modulator
24 : 인버팅부25 : 전원 공급부24: inverting unit 25: power supply unit
26 : 전압검출부27 : 적분부26: voltage detector 27: integrator
본 고안은 인버터 및 인버터에서 출력되는 전압을 절연 및 강압하여 전압을 검출하는 전압검출부를 구비한 데드타임 보상장치에 있어서, 상기 인버터 출력전압의 기준이 되는 기준자속을 발생하는 기준자속발생부; 상기 전압검출부로 부터 검출된 전압을 적분하여 유사자속으로 변환하는 적분부; 상기 변환된 유사자속과 상기 기준자속 발생부에서 발생한 유사자속의 차이를 계산하는 유사자속 오차 검출부; 상기 검출된 유사자속 오차를 전압벡터로 변환하는 전압벡터 발생부; 상기 변환된 전압벡터를 PWM파형으로 변환하여 상기 인버터를 구동하는 펄스폭변조부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The present invention provides a dead time compensation device having an inverter and a voltage detector for detecting a voltage by isolating and stepping down a voltage output from the inverter, comprising: a reference magnetic flux generator for generating a reference magnetic flux as a reference of the inverter output voltage; An integrating unit for integrating the voltage detected by the voltage detecting unit and converting it into a pseudo magnetic flux; A similar magnetic flux error detector for calculating a difference between the converted similar magnetic flux and the similar magnetic flux generated by the reference magnetic flux generating unit; A voltage vector generator for converting the detected similar magnetic flux error into a voltage vector; And a pulse width modulator driving the inverter by converting the converted voltage vector into a PWM waveform.
이하, 본 고안에 따른 출력전압의 적분치를 이용한 데드타임 보상장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a dead time compensation apparatus using an integral value of the output voltage according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 고안에 따른 출력전압의 적분치를 이용한 데드타임 보상장치의 블록구성을 나타낸 도면이다.2 is a block diagram illustrating a dead time compensation device using an integrated value of an output voltage according to the present invention.
도 2를 참조하여 그 구성을 살펴보면, 6개의 GTO소자로 구성된 인버터(24); 인버터(24)의 동작에 따라 구동되는 유도전동기(25); 상기 인버터(13)의 출력전압의 기준이 되는 기준자속을 발생하는 기준자속 발생부(20); 상기 인버터(24)에서 출력되는 3상전압을 절연 및 강압하여 일 전압을 검출하여 출력하는 검출부(26); 상기 검출부(26)에서 검출된 검출전압을 적분하여 유사자속으로 변환하는 적분부(27); 상기 발생된 기준자속과 상기 적분부(27)에서 변환된 유사자속의 차이를 계산하는 자속오차 검출부(21); 상기 자속오차 검출부(21)에서 검출된 자속오차를 전압벡터로 변환시키는 전압벡터 발생부(22); 상기 발생된 전압벡터값을 인버터(24)에 적합한 PWM파형으로 변환하는 펄스폭변조부(23)로 구성된다.Looking at the configuration with reference to Figure 2, the inverter 24 consisting of six GTO elements; An induction motor 25 driven according to the operation of the inverter 24; A reference magnetic flux generator 20 for generating a reference magnetic flux as a reference of the output voltage of the inverter 13; A detector 26 for insulating and stepping down the three-phase voltage output from the inverter 24 to detect and output one voltage; An integrating unit 27 for integrating the detected voltage detected by the detecting unit 26 and converting it into a pseudo magnetic flux; A magnetic flux error detecting unit 21 for calculating a difference between the generated reference magnetic flux and the similar magnetic flux converted by the integrating unit 27; A voltage vector generator 22 for converting the magnetic flux error detected by the magnetic flux error detector 21 into a voltage vector; The pulse width modulator 23 converts the generated voltage vector value into a PWM waveform suitable for the inverter 24.
상기 구성에 대한 동작을 살펴보면, 우선 전기기계에서 발생된 자속 λ(t)는 인가된 전압 V(t)의 적분에 해당하므로Looking at the operation of the configuration, first, since the magnetic flux λ (t) generated in the electric machine corresponds to the integral of the applied voltage V (t)
[수학식 1][Equation 1]
λ(t)=∫V(t)dtλ (t) = ∫V (t) dt
와 같이 표현된다.It is expressed as
도 2의 인버터(24)의 출력전압과 이를 적분부(27)에서 적분한 유사자속의 관계를 인버터(24)의 스위칭구간 Tsamp와 k번째 구간에서 표현하면When the relationship between the output voltage of the inverter 24 of FIG. 2 and the similar magnetic flux integrated in the integrating unit 27 is expressed in the switching section T samp and the k-th section of the inverter 24.
[수학식 2][Equation 2]
이므로 상기 수학식 2를 V(k)에 대해서 정리하면Since Equation 2 can be summarized with respect to V (k)
[수학식 3][Equation 3]
이 되므로서, 자속의 오차로부터 전압벡터를 구함을 알 수 있으며 이하 본 고안의 동작을 k번째 구간에서 설명하기로 한다.It can be seen that the voltage vector is obtained from the error of the magnetic flux. Hereinafter, the operation of the present invention will be described in the k-th section.
기준자속 발생부(20)로 부터 기준자속 λ(k)를 발생시켜 자속오차 발생부(21)로 출력한다.The reference flux λ (k) is generated from the reference flux generator 20 and output to the flux error generator 21.
인버터(24)는 k-1번째 구간에서 계산된 출력전압이 데드타임이나 스너버동작으로 왜곡되어 발생되며 검출부(26)에서 왜곡된 인버터(24) 출력전압을 절연 및 강압한 V(k-1)을 구하여 적분부(27)로 출력한다.The inverter 24 is generated by distorting the output voltage calculated in the k-1th section by dead time or snubber operation, and insulating and stepping down the distorted inverter 24 output voltage by the detector 26 (k-1). ) Is obtained and output to the integrating unit 27.
상기 적분부(27)는 인가되는 상기 절연 및 강압된 V(k-1)을 적분하여 유사자속 λ(k-1)을 계산한다.The integrating unit 27 calculates the pseudo magnetic flux λ (k-1) by integrating the insulated and stepped down V (k-1).
자속오차 검출부(21)에서 기준자속 발생부(20)에서 발생된 기준자속 λ(k)와 적분부(27)로 부터 계산된 λ(k-1)의 차이인 자속오차 △λ(k)를 구하여 전압벡터 발생부(22)로 출력한다.The magnetic flux error Δλ (k) which is the difference between the reference magnetic flux λ (k) generated by the reference magnetic flux generator 20 in the magnetic flux error detecting unit 21 and λ (k-1) calculated from the integrating unit 27 is calculated. The result is output to the voltage vector generator 22.
전압벡터 발생부(22)에서는 상기 수학식 3을 이용하여 자속오차 △λ(k)를 인버터(24)의 스위칭구간 Tsamp로 나누어서 데드타임이나 스너버 동작으로 인한 출력전압의 오차를 보상한 전압벡터 V(k)를 구하여 펄스폭 변조부(23)로 출력하는 것이다.The voltage vector generator 22 divides the magnetic flux error Δλ (k) by the switching period T samp of the inverter 24 by using Equation 3 to compensate for the error of the output voltage due to dead time or snubber operation. The vector V (k) is obtained and output to the pulse width modulator 23.
상기 펄스폭 변조부(23)는 전압벡터 발생부(22)에서 데드타임이 보상된 전압 벡터 V(k)를 PWM파형으로 변환하여 인버터(24)를 구동하므로써, 매 구간마다 데드 타임효과를 보상하게 되는 것이다.The pulse width modulator 23 compensates for the dead time effect by converting the voltage vector V (k) whose dead time is compensated in the voltage vector generator 22 into a PWM waveform to drive the inverter 24. Will be done.
본 고안에 따른 출력전압의 적분치를 이용한 데드타임 보상장치는 데드타임에 의해서 왜곡되고 노이즈성분이 함유된 펄스형태의 출력전압을 적분기를 이용하여 연속적인 양의 유사자속성분으로 만들고, 기준자속과 피드백된 유사자속의 차이에서 다음 PWM파형을 구하므로서 간단하고, 노이즈에 강한 데드타임 보상할 수 있는 이점이 있다.The dead time compensator using the integral value of the output voltage according to the present invention makes a pulse-like output voltage distorted by dead time and contains a noise component by using an integrator to make a continuous positive quasi-magnetic flux component, and the reference flux and feedback By obtaining the next PWM waveform from the difference of the similar magnetic fluxes, there is an advantage that the dead time compensation can be made simple.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100472528B1 (en) * | 2002-04-09 | 2005-03-07 | 건국대학교 산학협력단 | Method of controlling single loop voltage controller for 3 phase PWM inverter |
| KR100702947B1 (en) * | 2000-01-10 | 2007-04-03 | 삼성테크윈 주식회사 | Method for compensating voltage error in a motor driving system |
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1996
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| KR100702947B1 (en) * | 2000-01-10 | 2007-04-03 | 삼성테크윈 주식회사 | Method for compensating voltage error in a motor driving system |
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